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植物的存在改变了河流水动力特性,造成独特的床面冲淤态势。利用实验室水槽模拟含淹没植物的河道,对床面形态和紊流统计特性参数进行测量,研究不同类型紊流作用下的床面冲淤特征以及床面起伏对流动的影响。结果表明:床面剪切紊流条件下,床面形态为马蹄坑-沙沟/沙脊与沙波复合分布,床面变形加剧了流速沿水深不均匀分布并促进水流动量交换;在自由剪切混合层紊流条件下,床面形态为植物根部马蹄形冲坑及其后方沙沟、沙脊交错分布,床面变形对流动的影响并不显著;“类二重紊流”条件下,床面形态同样表现为马蹄坑-沙沟/沙脊-沙波复合,床面变形促进植物层内部的水流动量交换、抑制紊动清扫,抑制植物层外部的动量交换、促进紊动喷射。 相似文献
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数值模拟研究紊流问题的关键是充分考虑雷诺应力的差异,应用各向异性三维代数应力紊流数学模型(ASM)模拟研究了天然河道的次生流问题。以方形管道为算例与试验的比较表明,所应用的ASM模型精度较高;将ASM与非结构网格有机结合模拟分析河道复杂采砂坑,计算成果与前人结果类比,令人满意。ASM模型为研究河床稳定与变形提供了有力工具。分析表明,采砂坑使原稳定的水流形态发生变化,沿主流方向形成纵向涡旋导致采砂坑上游缘口冲刷,坑内的横向次生流则造成横向侵蚀;紊动特性研究表明采砂坑严重影响河床稳定。 相似文献
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与顺直明渠水流相比,明渠交汇水流由于存在分离区和自由剪切面,其紊动特性引起的阻力较为复杂,交汇水流除床面阻力外还受到较强的阻力。基于数值模拟与实验比较分析表明,分离流与自由剪切流所产生的阻力(紊动粘性阻力)对于交汇水流数值模拟具有重要影响。同时,由于平面二维模型对二次流影响的忽略,断面环流较强时数值模拟会产生较大的阻力(环流阻力),而断面环流较弱时,交汇水流的三维特性相对较弱,采用平面二维模型和k-ε紊流模型能达到较好的模拟效果。因此,紊动及环流阻力的计算对交汇水流数值模拟的精度至关重要。 相似文献
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为了探索宽窄相间河道的水流紊动特性,以西南地区宝兴河上游宽窄相间河段为研究对象,基于室内概化模型试验,采用多普勒声学流速仪(ADV)测量了室内模型典型断面上的三维瞬时流速,分析典型断面上的纵向时均流速、紊动强度、雷诺切应力和紊动能的分布规律。试验结果显示:宽窄相间水槽中,扩散段边壁的紊动强度大于中心区域的紊动强度,最大值位于0.2倍水深处;扩散段两侧坡脚处紊动能最大;侧壁区的平面和立面雷诺切应力最大值出现在扩散段内,中心区域最大雷诺切应力位于两槽间的中间断面处;扩散段内水流紊乱,两侧出现旋涡和涡脱,易造成侧壁侵蚀加强,引起河道拓宽。深入分析了宽窄相间河道水流的紊动特性,可为山区河流治理和自然灾害防治提供参考。 相似文献
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为了探索宽窄相间河道的水流紊动特性，以西南地区宝兴河上游宽窄相间河段为研究对象，基于室内概化模型试验，采用多普勒声学流速仪（ADV）测量了室内模型典型断面上的三维瞬时流速，分析典型断面上的纵向时均流速、紊动强度、雷诺切应力和紊动能的分布规律。试验结果显示：宽窄相间水槽中，扩散段边壁的紊动强度大于中心区域的紊动强度，最大值位于0.2倍水深处；扩散段两侧坡脚处紊动能最大；侧壁区的平面和立面雷诺切应力最大值出现在扩散段内，中心区域最大雷诺切应力位于两槽间的中间断面处；扩散段内水流紊乱，两侧出现旋涡和涡脱，易造成侧壁侵蚀加强，引起河道拓宽。深入分析了宽窄相间河道水流的紊动特性，可为山区河流治理和自然灾害防治提供参考。 相似文献
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淹没刚性植被通过改变水流结构,造成时均流速、紊动强度、雷诺应力等水力参数垂线分布不均匀和沿程差异化。采用声学多普勒测速仪(ADV)测量3种淹没度(3.0、4.0、5.0)下的流速,结合统计学方法,系统分析植被段内及其上、下游过渡段流速和紊动特性差异。结果表明：植被显著增强了水流紊动,且紊动特性取值与淹没度正相关;植被段内流速差异在低淹没度下的植被层内和高淹没度下的自由流动层内更加显著,而紊动特性沿程增强,且垂线分布具有相似性,最大值点位于冠层顶部附近;当淹没度满足KH涡的形成和发展条件时,随淹没度的增大,植被段内紊动特性垂线分布出现转折点(临近此点梯度急剧减小并趋于0)的断面数量增多,经验证,在充分发展的紊流区此点可作为KH涡的上边界点。 相似文献
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研究了天然河流纵向分散系数理论公式及其参数的确定问题.借助于抛物型断面型态方程确定了河道垂线水深沿河宽的分布及流速分布对断面平均流速的偏离u‘的横向分布,给出了横向混合系数计算方法.在此基础上通过对Fischer的三重积分的直接求解,建立了新的天然河流纵向分散系数计算公式.这一新建立的纵向分散系数计算公式与原有的有代表性的经验公式以及26条美国河流上实测的59组资料进行了比较,比较结果表明,本文建立的纵向分散系数计算公式能给出与实测纵向分散系数最接近的预测值.与现有的其它纵向分散系数计算公式相比,本文建立的天然河流纵向分散系数公式理论上更加合理,机理上更加清楚,并且具有最小的预测误差. 相似文献
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自然河流中,水生植物的存在改变了河道中的紊流结构.与普通明渠紊流相比,含植物河道水体掺混更剧烈,紊流结构更复杂.由于紊流结构直接影响河流中泥沙、污染物和营养物的输移,含植物河道紊流结构研究越来越受到重视.从紊流平均结构、紊动特性、拟序结构和紊流类型几方面归纳并总结了国内外研究进展,综合分析了影响紊流结构的因素,提出利用场与点相结合的综合分析方法,对拟序结构的形成及发展过程进行定量刻画,探究植物条件下紊流机理是今后的重要研究方向. 相似文献
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利用声学多普勒流速仪(Acoustic Doppler Velocimetry,ADV)自动测速系统和平面激光诱导荧光(Plane Laser Induced Florescence,PLIF)系统对同向圆射流的速度场和浓度场进行了系统的研究,并与前人的工作进行了比较和讨论。时均特性测量结果表明,射流主体段下游各断面的速度和浓度横向分布是自相似的,且近似可用高斯分布来表示;随着射流向下游传播,射流中心流速逐渐衰减,在强射流区和弱射流区遵循不同的规律;紊动特性测量结果表明,下游各断面的紊动强度横向分布是自相似的。 相似文献
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《Physics and Chemistry of the Earth, Part A: Solid Earth and Geodesy》2000,25(12):797-803
Turbulent transport of aerosols and droplets in a random velocity field with a finite correlation time is studied. We derived a mean-field equation and an equation for the second moment for a number density of aerosols. The finite correlation time of random velocity field results in the appearance of the high-order spatial derivatives in these equations. The finite correlation time and compressibility of the velocity field can cause a depletion of turbulent diffusion and a modification of an effective mean drift velocity. The coefficient of turbulent diffusion in the vertical direction can be depleted by 25 % due to the finite correlation time of a turbulent velocity field. The latter result is in compliance with the known anisotropy of the coefficient of turbulent diffusion in the atmosphere. The effective mean drift velocity is caused by a compressibility of particles velocity field and results in formation of large-scale inhomogeneities in spatial distribution of aerosols in the vicinity of the atmospheric temperature inversion. Results obtained by Saffman (1960) for the effect of molecular diffusivity in turbulent diffusion are generalized for the case of compressible and anisotropic random velocity field. A mechanism of formation of small-scale inhomogeneities in particles spatial distribution is also discussed. This mechanism is associated with an excitation of a small-scale instability of the second moment of number density of particles. The obtained results are important in the analysis of various atmospheric phenomena, e.g., atmospheric aerosols, droplets and smog formation. 相似文献
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The well-known Rouse equation is the most widely used equation to determine the vertical distribution of suspended sediment concentration in an open-channel flow. The exponent of Rouse equation, known as Rouse number, contains the parameter β defined by the ratio of sediment diffusion coefficient to turbulent diffusion coefficient. As such to measure sediment concentration accurately, an appropriate expression for β is essentially needed. The present study, therefore, focuses on the derivation of depth-averaged β through modified expressions of sediment and turbulent diffusion coefficients. A regression analysis is done to establish the relation between β and normalized settling velocity, and the relation is used to determine suspension concentration. 相似文献
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基于散粒体微观力学理论,忽略颗粒转动引起的相对位移,考虑颗粒接触的组构各向异性,根据宏微观能量守恒推导得到了散体材料各向异性微形态本构关系,进而通过单位接触方向积分的递推公式推导出了各向异性本构张量表达式;在此基础上,根据哈密顿原理得到了各向异性散体材料的运动平衡方程和边界条件,从而求得了平面波在各向异性散粒体中的传播规律和频散关系,最后对波的频散关系和频率带隙进行了详细的参数分析。研究表明：该模型预测了散体中包含3类12种位移波：3种纵波、6种横波和3种平面内横向剪切波;横观各向同性条件下,接触各向异性参数a20越大,纵波和横波的频率越大,而平面内横向剪切波的频率越小;正交各向异性条件下,随着接触各向异性参数a22的增大,与2方向运动相关的横波频率增大,而与3方向运动相关的横波频率则减小;但a22的变化对纵波频率影响很小。材料各向异性程度对横波带宽影响不大,但对纵波带宽影响较大：a20的增大使得声?光学波间的带宽减小,而光学波间的带宽增大,当a20>0.84时,声?光学波间的带隙消失;但是a22的增大则使得声?光学波间的带宽增大,而光学波间的带宽减小。退化为各向同性模型后,预测3类波的频散曲线与其他各向同性模型的结果基本一致。 相似文献
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We have calculated the coefficient of turbulent diffusion in a random flow with time restoration, describing the interstellar medium. Such a flow abruptly loses its memory at random times, forming a Poisson flow of events. The coefficient of turbulent diffusion in the flow is determined by the rms velocity and correlation time, as in mixing-length theory, but the numerical coefficient differs from that predicted by this theory. The closure equation derived by us for the transport of the mean concentration of a passive scalar takes a more complicated form than obtained in standard mean-field theory, but the main properties of the equation retain their validity. The possibility of extending the results of this exactly solved problem to the problem of transport in the turbulent interstellar medium is discussed. 相似文献
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考虑地基横观各向同性和非均匀性,建立孔隙率、密度、剪切模量及渗透系数同时随深度变化的非均匀饱和地基模型,模型中考虑参数间的耦连影响,并引入非均匀因子表征地基的不均匀程度。基于Biot多孔介质理论建立以土骨架位移和孔隙水压力为基本未知量的控制方程,采用微分算子法对控制方程进行解耦求解,推导出非均匀饱和地基中瑞利波的频散方程。将推导结果分别退化到均匀饱和地基和单一弹性地基,验证了结果的正确性。通过数值算例,对非均匀饱和地基中瑞利波的传播速度、衰减系数及位移分布进行分析。结果表明：在低频区,饱和地基的非均匀性对瑞利波传播速度、衰减和位移都有显著影响,质点运动轨迹也由此发生变化;随着频率的升高,这种影响逐渐减小,当频率趋于无穷大时,瑞利波速度收敛于弹性地基中的波速;地基非均匀性增大了瑞利波的传播阻抗性,瑞利波位移加速衰减,传播深度小于均匀饱和地基。随着非均匀性增大,质点竖向位移的衰减快于水平位移,这种差异造成质点椭圆运动轨迹的扁率减小。此外,地基中非均匀土层厚度越小,则地基非均匀程度越高,对瑞利波的传播影响越大。 相似文献
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分数微分对流-弥散方程(FADE)是模拟溶质迁移问题的新理论,但应用FADE来模拟溶质迁移时能否克服弥散的尺度效应尚待验证。利用长土柱实验资料结合FADE的解析解拟合推求FADE的弥散系数,并分析其与尺度之间的相关关系。研究结果表明,FADE的弥散系数具有随尺度增大而增大的现象,且均质土柱中FADE的弥散系数尺度效应小于非均质土柱中弥散系数尺度效应。在均质土柱中,弥散系数与尺度之间成指数相关关系,在非均质土柱中,弥散系数与尺度之间成幂相关关系。考虑了弥散系数分别与迁移时间和迁移距离呈线性递增两种相关关系,进而分别构建了3种考虑弥散尺度效应的FADE模型,并提出了求解的差分方法。利用上述3种考虑弥散尺度效应的FADE来模拟和预测不同空间位置处的溶质迁移过程。结果表明,对均质土柱中的溶质迁移可得到较好的模拟结果;对于非均质土柱,其模拟结果与实测结果仍然存在一定的差异。 相似文献