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相似文献
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1.
本文通过矩形水槽试验,改变宽深比和边壁糙率,系统地研究了明渠恒定均匀流水力学特性.试验表明,根据断面上各条垂线流速分布的特征,可将断面划分为对数流速分布区和抛物线流速分布区.文中给出了两区流速分布的表达式以及两区分界线和垂线最大流速点位置随宽深比和边壁糙率而变化的规律.本文还分析了光滑明渠流和粗糙明渠流阻力系数的变化、阻力系数的分割以及剪切应力沿床面和边壁的分布规律.  相似文献   

2.
过渡区动床明渠流的流速分布   总被引:2,自引:0,他引:2       下载免费PDF全文
利用激光流速仪测量了随水流强度加大松散床面,从定床到具有一定输沙强度的动床流动,试验水流条件均处于过渡区。试验资料分析表明,动床过渡区明渠流的卡门常数小于通常所采用的0.4;水流强度逐渐增大,随着推移质运动量增加,阻力系数有减小再增大的趋势;雷诺应力分布和紊动强度分布规律同光滑明渠流类似。  相似文献   

3.
天然河流床沙通常为非均匀沙,准确把握非均匀沙颗粒运动规律是模拟和预测天然河流河床演变的基础。开展了恒定均匀流条件下的非均匀沙推移质运动水槽试验,床沙粒径范围为0.10~20 mm。利用摄像机从顶部拍摄了粗化条件下的推移质颗粒运动,获取大量非均匀沙颗粒的运动轨迹,提取了颗粒运动速度、走停时间等基本运动参数,推移质运动颗粒粒径范围为0.74~8.19 mm。试验结果表明,非均匀沙床面聚集体或大颗粒使推移质颗粒运动方向发生改变,与均匀沙成果相比,非均匀沙推移质颗粒的纵向运动速度减小,横向运动速度增大;推移质颗粒纵向运动速度遵循指数分布,单次运动速度遵循Γ分布,横向运动速度及运动速度矢量角则遵循正态分布。  相似文献   

4.
王浩  袁强  孟震  龚家国 《水科学进展》2016,27(6):849-857
在明渠中开展不同水流条件下低强度均匀沙平衡输沙试验,基于灰度相减方法分析整个床面推移质运动特征,以探寻紊流结构与推移质运动之间的作用机理。结果表明:①受水槽横向方向水流强度分布特征影响,推移质运动概率从水槽中线到两侧壁逐渐变小,且基本呈对称分布;②在紊流相干结构作用下,推移质床面在紊流低速条带区形成凸槽,高速条带区形成凹槽,推移质运动概率沿水槽横向方向存在高低相间的带状分区;③随摩阻雷诺数增大,相邻两推移质运动高概率区域的间距值变化范围为0.13~0.24倍水槽宽度,其值随摩阻雷诺数增大而增大;④不同水流条件下,推移质运动高概率区域间距值约为水深的2倍,这与流向涡模型吻合,表明流向涡是诱导床面出现凹凸相间形态的重要因素。  相似文献   

5.
计算明渠非恒定流的一个Lattice BGK模型   总被引:4,自引:1,他引:3       下载免费PDF全文
分析了Lattice Boltzmann(LB)方法的建模原理,通过比较LB的多尺度方程和明渠St.Venant方程,建立了计算一维明渠非恒定流的一个Lattice BGK模型。对几个典型应用实例进行了模拟分析,与Preissmann隐格式及特征线法作了比较,证明将该方法引入实际明渠非恒定流计算是可行的。  相似文献   

6.
珠江广州河段纵向离散特性研究   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
根据珠江广州河段多年观测的流速分布资料和1987年、1988年两次大规模水文水质同步观测资料,利用非恒定流离散理论,对珠江广州河段的离散特性进行了分析,给出了纵向离散系数的瞬时值、潮平均值和等效值。  相似文献   

7.
传统的恒定流经验摩阻公式作为对恒定流状态下摩阻的总结,建立在摩阻、流速、水深存在单一关系的基础之上。而非恒定流条件下,水文要素的涨落存在先后顺序,各水文要素之间不再是单一关系。为提高一维非恒定流摩阻的模拟精度,考虑水文要素的时空变化对摩阻的影响,运用量纲分析整理出以微分结构表达的摩阻改进公式。并设计实验模拟单峰水流过程,验证公式改进的有效性。结果表明,相对于谢才公式,改进公式提高了对一维非恒定摩阻的模拟精度,有一定的实用价值。  相似文献   

8.
曹斌  邹燚  夏建新 《水科学进展》2017,28(3):356-363
管道中固液两相流水击对管道和输送系统可能产生严重的破坏,而固液两相在这种非恒定流中的运动特性是计算最大水击压力变化的重要依据。采用粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry,PIV),通过试验研究水击发生时,水平圆管中不同平均流速、颗粒粒径条件下,流体介质和粗颗粒在管道断面的速度分布以及粗颗粒跟随性的变化规律。研究结果表明:①在水击发生的不同时刻,圆管流中粗颗粒的流速在管道断面分布呈不规则的抛物线型分布,主要表现为靠近管道壁面底部的颗粒流速略小于靠近管道顶部流速,当颗粒粒径大于1.5 mm,平均流速小于2.5 m/s时,粗颗粒表现出明显的沉降特性;②粗颗粒的跟随性与颗粒受力有密切关系,其中颗粒速度与流体速度的变化量是影响颗粒受力的重要参数;③基于试验数据拟合得到了水击条件下粗颗粒跟随性系数k的经验公式,并分析了颗粒粒径、管道直径、两相流平均流速以及水击发生时间等不同参数对粗颗粒跟随性系数的影响,公式计算值与实测值之间的误差在5%以内。  相似文献   

9.
为深入认识非恒定流驱动下床面形态的演变规律及尺度变化趋势,采用水泵控制系统生成了一系列历时与洪峰流量不同的洪水过程来冲刷由粗沙组成的实验动床(中值粒径d50=1.95 mm),研究中运用非恒定流的形态、非恒定性及水流做功参数来量化洪水过程;统计分析河床高程数据得到床面形态的波长、波高及陡度。实验结果表明:在不同尺度的非恒定流洪水作用下,实验动床表面分别形成了沙垄、交错边滩以及介于两者之间的过渡型床面形态;洪水的非恒定性对床面形态尺度的影响最大,其次是水流做功参数,而非恒定流的形态影响较为微弱;在此基础上构建了用于描述非恒定流驱动条件与床面形态尺度响应的定量关系。  相似文献   

10.
垂向二维非恒定流及悬浮物分布模型研究   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
采用σ坐标变换拟合复杂边界、VOF方法追踪自由水面变化和SIMPLE算法求解控制方程等建立垂向二维非恒定水流及悬浮物分布数学模型。该模型适用于变量在横向上分布基本均匀的水流流动特性及悬浮物扩散迁移过程的模拟,与刚盖假定或静水压强假定等条件下建立的垂向二维数学模型相比更符合实际情况。分别对概化水库水流结构的沿程变化、明渠均匀流及带有槽沟的明渠非均匀流及悬浮物浓度分布进行了模拟,计算结果与实测值符合良好。模型的应用可为河道或水库的洪水调度、水污染控制、取水工程优化等提供参考。  相似文献   

11.
Yang  Han-Chung  Chen  Cheng-Wu 《Natural Hazards》2012,61(2):803-813
A robust and reliable risk assessment procedure for hydrological hazards deserves attention. The transport of mixed material in the types of hazard, such as flash floods and debris flows, plays an important role and should be taken into consideration. At present, however, the mixed material transport phenomenon is not systematically and simply included in the procedures for the elaboration of hazard analysis. The consequence is the risk of losing prediction accuracy and of underestimating hazard impacts. The phenomenon of open-channel junction flow such as in irrigation ditches and at wastewater treatment facilities is an important aspect of hydrological engineering. Extensive experimental studies of the flow characteristics have been conducted. In this study, an Acoustic Doppler Velocimeter is used to monitor the flow in large open-channel junctions at the Chihtan purification plant in Taipei. The condition of the experiment is made up of different discharge. The result of the measurement data shows that the mean velocity profile, aspect ratio, measured vertical line location and the ratio of the distance of the vertical line maximum velocity from the bed to water depth. An artificial neural network (ANN) is used to simulate the mean velocity profiles in this study. The results show that the ANN can accurately and reliably simulate the mean velocity profiles. The result is believed to provide hints for the consideration of the effects, induced by mixed material transport, in the elaboration of hazard analysis.  相似文献   

12.
根据Boltzmann方程得到了床面附近运动颗粒的速度分布函数,将其在速度空间上积分,同时考虑床面颗粒起动概率的影响得到了床面颗粒的冲刷率函数。在此基础上,将该函数代入Einstein提出的推移质输沙基本模式中得到了基于动理学理论的推移质输沙公式。研究结果表明:① 公式计算结果与实验数据吻合,相对误差为10%~50%,可用于高强度和低强度输沙,能够较好地反映出床面附近运动的推移质颗粒的统计属性;② 得到的推移质输沙率理论表达式与经典推移质输沙公式十分接近,同时大大改善了Einstein公式在高强度输沙情况下的计算结果,这也说明了本文理论推导的正确性。  相似文献   

13.
非均质含水层中渗流与溶质运移研究进展   总被引:1,自引:0,他引:1  
Natural aquifer heterogeneity controls the groundwater flow and solute transport, and how to accurately quantify the flow and solute transport in heterogeneous aquifers has received wide attention by many scholars, and has become a hot research topic in earth science. Theoretically, a systematic review is given by the following aspect: flow and solute transport model, moment analysis, multi scale analysis. The resolved and remained issues for scale conversion in hydrogeology research are pointed out. Secondly, recent advances of heterogeneous field test, uncertainty and velocity connectivity are analyzed. Finally, the geophysical inversion of aquifer heterogeneity, stochastic theory and development of stochastic simulation software, scale conversion and uncertainty of velocity connectivity, and the relationship between heterogeneity and hydrogeological condition on the major four aspects of the future research direction is pointed out.  相似文献   

14.
倒虹吸是输水工程中常见的水工建筑物,研究倒虹吸进口上游的垂向流速分布是明晰其水力学性能的重要内容之一。以南水北调中线工程典型的唐河倒虹吸为研究对象,通过水力学概化模型试验,运用声学多普勒流速仪,实测不同水深和流量组合工况下倒虹吸进口上游的垂向流速分布。试验结果表明,受倒虹吸进口结构的影响,上游垂向流速分布呈现出明显的顶部流速降低和底部流速增加的现象,且淹没度越大、距离倒虹吸进口越近,上述趋势越显著;采用明渠对数型流速分布描述上述垂向流速分布时,其计算误差呈抛物线型分布,采用指数项修正后,新的修正公式可用于计算倒虹吸进口上游垂向流速分布。  相似文献   

15.
河床粗化过程中推移质输移特征试验研究   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
为了研究河床粗化破坏与形成过程中推移质的输移特征,基于一套新型的接沙系统,在上游无来沙条件下,进行了3组不同床沙级配的水槽试验,研究了递增梯级流量作用下河床粗化破坏与形成的过程,采集到一套高精度(0.1 g)、高频率(1 Hz)的实时推移质输沙率及分时段输沙级配数据,分析了累积输沙量、输沙率及输沙级配的变化特征。结果表明,粗化过程中累积输沙量随时间基本呈幂函数规律增长,且"粗化破坏再形成"的累积输沙量曲线出现明显转折点;推移质输沙率表现出明显的非恒定性,其粗化形成阶段的耗时要远大于粗化破坏阶段的时间,两者之比范围为3.5~20.5;推移质输沙级配中粗颗粒比例随时间变化趋势与输沙率相似,在输沙率达到峰值附近时,输沙级配与原始床沙级配相同。  相似文献   

16.
海洋环境沉积物输运研究进展   总被引:6,自引:0,他引:6  
海洋环境中沉积物的输运涉及复杂的过程和机制。20世纪后半叶发展起来的悬沙输运数学模型已经成为海洋沉积动力学的一个有力的研究工具。悬沙输运数学模型的有效运行需要正确的数值解法和模型中所含参数的确定,包括悬沙沉降速度、扩散系数、底床糙度和切应力,以及底边界上的沉降-再悬浮通量。由于复杂的水动力条件、屏蔽效应以及海底生物扰动等因素的作用,海洋环境推移质输运的经验、半经验公式具有一定的局限性。因此,充分考虑以上各种因素是正确预测海洋环境中推移质输运的关键。海洋环境沉积物输运理论的进一步发展需要着重进行各种过程和机制的研究,而这项工作依赖于高精度、高分辨率现场观测仪器的发展和更先进的颗粒态物质运动理论的建立。  相似文献   

17.
M. Felix 《Sedimentology》2002,49(3):397-419
A two‐dimensional numerical model is used to describe the flow structure of turbidity currents in a vertical plane. To test the accuracy of the model, it is applied to historical flows in Bute Inlet and the Grand Banks flow. The two‐dimensional spatial and temporal distributions of velocity and sediment concentration and non‐dimensionalized vertical profiles of velocity, turbulent kinetic energy and sediment concentration are discussed for several simple computational currents. The flows show a clear interaction between velocity, turbulence and sediment distribution. The results of the numerical tests show that flows with fine‐grained sediment have low vertical and high horizontal gradients of velocity and sediment concentration, show little increase in flow thickness and decelerate slowly. Steadiness and uniformity in these flows are comparable for velocity and concentration. In contrast, flows with coarse‐grained sediment have high vertical and low horizontal velocity gradients and high horizontal concentration gradients. These flows grow considerably in thickness and decelerate rapidly. Steadiness and uniformity in flows with coarse‐grained sediment are different for velocity and concentration. The results show the influence of spatial and temporal flow structure on flow duration and sediment transport.  相似文献   

18.
碎屑岩沉积体系的三维展布特征及其成因机制是建立沉积模式与预测其砂体分布的关键,更是沉积学研究的关键性科学问题。国内外绝大多数学者认为其平面形态和剖面充填型式均与其沉积的地形坡度、粒度粗细有密切的联系,但其定量关系并不清楚。建立不同类型沉积体中粒度和坡度之间的定量关系,对于预测沉积体中不同颗粒的运动方式及其分布至关重要。应用“源-汇”系统研究的思路,分析了供源区、搬运(输送)区及汇积区各自的地质特点,从单向水流对不同质量颗粒在静止/运动中的受力分析与沉积前总体地形斜坡设定2个角度,系统分析、推导并模拟了不同碎屑颗粒在纵向剖面上的运动轨迹,其表现为随着设定的坡型呈抛物线变化,反映出沉积物输送营力的变换及其随坡度变化的响应特征。建立了陆相碎屑岩沉积体系纵向剖面的流速与坡度的计算方程,明确指出沉积物的流速或流态决定其沉积方式,阐述了汇积区碎屑颗粒的加积型式与沉积物分布上的总体规律,由此提出碎屑岩沉积体系的“物-坡”耦合效应及其主要内涵,并从多个维度与源-汇的各区段,阐述了“物-坡”耦合效应在各种沉积体系的沉积物类型及其空间形态特征上的地质响应。  相似文献   

19.
床面附近泥沙交换率在悬移质输沙计算中的应用   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
总结并分析了关于悬移质运动方程的源/汇项或底部边界条件的已有的处理方法.认为在悬移质输沙计算中,这些方法因引入了平衡输沙概念、忽略了推移质颗粒对悬移质运动的影响或因缺乏床面附近泥沙质量交换率的理论表达式,均存在着某些不足.运用床面附近泥沙质量交换率理沦,对一般的悬移质输沙方程的底部边界条件进行了新的探讨,并提供了关于一维和垂向二维悬移质输沙的计算实例.  相似文献   

20.
Large roughness features, caused by erosion of the sea floor, are commonly observed on the modern sea floor and beneath turbidite sandstone beds in outcrop. This paper aims to investigate the effect of such roughness elements on the turbulent velocity field and its consequences for the sediment carrying capacity of the flows. Experimental turbidity currents were run through a rectangular channel, with a single roughness element fixed to the bottom in some runs. The effect of this roughness element on the turbulent velocity field was determined by measuring vertical profiles of the vertical velocity component in the region downstream of the basal obstruction with the Ultrasonic Doppler Velocity Profiling technique. The experiments were set up to answer two research questions. (i) How does a single roughness element alter the distribution of vertical turbulence intensity? (ii) How does the altered profile evolve in the downstream direction? The results for runs over a plane substrate are similar to data presented previously and show a lower turbulence maximum near the channel floor, a turbulence minimum associated with the velocity maximum, and a turbulence maximum associated with the upper flow interface. In the runs in which the flows were perturbed by the single roughness element, the intensity of the lower turbulence maximum was increased between 41% to 81%. This excess turbulence dissipated upwards in the flow while it travelled further downstream, but was still observable at the most distal measurement location (at a distance ca 39 times the roughness height downstream of the element). All results point towards a similarity between the near bed turbulence structure of turbidity currents and free surface shear flows that has been proposed by previous authors, and this proposition is supported further by the apparent success of a shear velocity estimation method that is based on this similarity. Theory of turbulent dispersal of suspended sediment is used to discuss how the observed turbulent effects of a single large roughness element may impact on the suspended sediment distribution in real world turbidity currents. It is concluded that this impact may consist of a non‐equilibrium net‐upwards transport of suspended sediment, counteracting density stratification. Thus, erosive substrate topography created by frontal parts of natural turbidity flows may super‐elevate sediment concentrations in upper regions above equilibrium values in following flow stages, delay depletion of the flow via sedimentation and increase their run‐out distance.  相似文献   

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