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基于颗粒跃移运动的推移质输沙率研究

应用基础与工程科学学报 2021年第4期29卷 797-806页

作者：周双张根广刘余王愉乐西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

采用高速摄像技术,对跃移颗粒撞击床面颗粒的过程进行了观测.通过求解跃移颗粒与床面颗粒的撞击模型,确定了速度恢复系数.纵向速度恢复系数主要由撞击面角度决定;垂向速度恢复系数主要由入射角度决定.通过求解跃移运动方程,建立了考虑... 详细信息

采用高速摄像技术,对跃移颗粒撞击床面颗粒的过程进行了观测.通过求解跃移颗粒与床面颗粒的撞击模型,确定了速度恢复系数.纵向速度恢复系数主要由撞击面角度决定;垂向速度恢复系数主要由入射角度决定.通过求解跃移运动方程,建立了考虑颗粒碰撞影响的平均跃移高度、跃移速度计算式.基于平均颗粒浓度与有效水流强度之间的关系,推导出均匀推移质输沙率公式.经与水槽试验数据、天然河流实测数据的比较,本文公式具有良好的适用性和准确性,可以用于输沙率的预测.

关键词：推移质输沙率泥沙运动速度颗粒撞击跃移

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均匀球体泥沙典型分布状态及其起动流速研究

应用基础与工程科学学报 2020年第1期28卷 50-58页

作者：张根广李林林邢茹西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100

为了研究床面泥沙三维随机分布状态及其起动条件,将泥沙颗粒概化为三维球体,采用粒径为12mm的均匀玻璃球,在边长为150mm的立方体容器中进行了床面泥沙随机堆放试验.试验发现,床面泥沙存在3种典型分布状态,统计分析了3种状态各占的比例,... 详细信息

为了研究床面泥沙三维随机分布状态及其起动条件,将泥沙颗粒概化为三维球体,采用粒径为12mm的均匀玻璃球,在边长为150mm的立方体容器中进行了床面泥沙随机堆放试验.试验发现,床面泥沙存在3种典型分布状态,统计分析了3种状态各占的比例,建立了对应的泥沙起动力学平衡方程,推导出了3种模式泥沙瞬时起动流速公式.假定3种模式的暴露角均符合正态分布,将3种分布模式对应的起动流速影响函数加权平均,得到基于3种分布状态的泥沙综合起动流速公式.经实测资料验证,本文起动流速公式与不同泥沙粒径起动流速实测数据符合良好.

关键词：均匀球体泥沙分布状态暴露角起动流速

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基于床面泥沙位置特性的推移质输移公式

应用基础与工程科学学报 2020年第5期28卷 1045-1056页

作者：周双张根广刘余王愉乐西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100

基于床面泥沙颗粒三维特性,构建了更具一般特性的床面泥沙三维模型;定义了暴露角、拖曳力方向角及相对重力臂的基本概念;采用图像处理方法,获取了颗粒间的位置信息,统计分析了暴露角及拖曳力方向角的概率分布.基于颗粒位置特性统计结果... 详细信息

基于床面泥沙颗粒三维特性,构建了更具一般特性的床面泥沙三维模型;定义了暴露角、拖曳力方向角及相对重力臂的基本概念;采用图像处理方法,获取了颗粒间的位置信息,统计分析了暴露角及拖曳力方向角的概率分布.基于颗粒位置特性统计结果,结合水流脉动随机特征,构建了表层泥沙起动概率、单位床面上泥沙起动概率的理论计算式,提出了单层输沙模式与层移输沙模式的临界水流条件.基于新的推移质平衡输沙物理图形,推导了均匀推移质输沙率公式.最终计算结果和试验结果吻合较好,表明这一公式估算推移质输沙率有效,可以应用于工程分析.

关键词：推移质均匀沙起动概率泥沙颗粒位置暴露角泥沙输移

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泵站水泵吸水室内水动力学特性分析

水力发电学报 2016年第11期35卷 94-102页

作者：史志鹏张根广西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100

取水泵站内产生漩涡和泥沙沉积是影响泵站效益发挥的两个重要问题。该文以巴基斯坦拉合尔地区南迪普电站的取水泵站为研究对象,采用物理模型试验和CFD(computational fluid dynamic)相结合的方法,研究了吸水室在设置M型防涡装置后,水泵... 详细信息

取水泵站内产生漩涡和泥沙沉积是影响泵站效益发挥的两个重要问题。该文以巴基斯坦拉合尔地区南迪普电站的取水泵站为研究对象,采用物理模型试验和CFD(computational fluid dynamic)相结合的方法,研究了吸水室在设置M型防涡装置后,水泵吸水管内及进水流道内的水动力学特性。结果表明:基于CFD的模拟技术,成功重现了吸水管内涡核区的分布;当设置M型防涡装置后,吸水管内最大涡流角为4.82°,相对无防涡装置时,降低了72.69%;通过定义流速的标准差定量的表证水流均匀性,同时,解释了M型防涡装置的消涡机理。该研究为大型取水泵站的设计提供了有益的参考。

关键词：水动力学 CFD 取水泵站涡核区 M型防涡装置

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横丹水电站下游冲刷坑二维数值模拟

应用基础与工程科学学报 2017年第6期25卷 1139-1146页

作者：张根广高改玉田艳梁宗祥西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100

采用二维数学模型,对横丹水电站泄水建筑物下游冲刷过程进行了二维数值模拟.以泥沙起动拖曳力作为泥沙起动判据,在二维流场计算的基础上,提取每个时间步后床面各节点水流剪切应力,通过比较水流剪切应力与泥沙起动拖曳力的大小来控制床... 详细信息

采用二维数学模型,对横丹水电站泄水建筑物下游冲刷过程进行了二维数值模拟.以泥沙起动拖曳力作为泥沙起动判据,在二维流场计算的基础上,提取每个时间步后床面各节点水流剪切应力,通过比较水流剪切应力与泥沙起动拖曳力的大小来控制床面高程的变化;采用动网格模型、弹簧光顺模型和局部重构模型较好的完成了计算过程中网格的移动和动边界局部网格自动调整,实现了冲刷坑冲刷过程的二维数值模拟.结果表明,模拟计算的冲刷坑形态和深度与模型实测值吻合良好.在冲刷起始阶段,床面剪切应力下降较快,之后下降较慢.与冲刷坑起始冲刷较快,之后冲刷较慢具有良好的一致性.

关键词：局部冲刷最大冲深及形态剪应力动网格技术

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弯道岸坡上粗细泥沙统一起动流速公式

水动力学研究与进展（A辑） 2017年第3期32卷 380-388页

作者：李林林张根广西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100

该文基于概率论与泥沙起动基本理论,考虑了起动概率、相对暴露度与细颗粒泥沙间黏结力和附加下压力对泥沙起动的影响,采用滑动起动模型,从理论上推导出了适用于弯道岸坡上粗、细泥沙颗粒起动的统一流速公式,完善了已有研究成果对泥沙起... 详细信息

该文基于概率论与泥沙起动基本理论,考虑了起动概率、相对暴露度与细颗粒泥沙间黏结力和附加下压力对泥沙起动的影响,采用滑动起动模型,从理论上推导出了适用于弯道岸坡上粗、细泥沙颗粒起动的统一流速公式,完善了已有研究成果对泥沙起动概率考虑的不足。公式综合了弯道岸坡、顺直岸坡、正负坡及平坡等条件下粗细泥沙颗粒起动流速计算,可简化为各简单条件下泥沙起动流速公式。通过各简单条件下泥沙起动流速实测资料验证,该文公式与实测数据符合良好。

关键词：起动概率岸坡暴露度起动流速

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U型渡槽粉煤灰浆输送能力的研究

泥沙研究 2003年第3期28卷 66-72页

作者：林劲松巨江张根广西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 国家电力公司西北勘测设计研究院科研院陕西西安710083

作者利用已广泛应用于农田灌溉的U型槽渠的经验 ,以秦岭火电厂低凹地改造工程为研究对象 ,充分借鉴前人对明渠高含沙水流挟沙力的研究成果 ,结合水槽试验研究 ,提出了合理的U型断面尺寸及比降 ,确保了电厂的安全运行。同时 ,选用了多组... 详细信息

作者利用已广泛应用于农田灌溉的U型槽渠的经验 ,以秦岭火电厂低凹地改造工程为研究对象 ,充分借鉴前人对明渠高含沙水流挟沙力的研究成果 ,结合水槽试验研究 ,提出了合理的U型断面尺寸及比降 ,确保了电厂的安全运行。同时 ,选用了多组粉煤灰和天然沙试验资料 ,点绘各种形式的挟沙力关系曲线 ,为渡槽输送粉煤灰设计和试验提供了依据 ,可供同类工程问题参考。

关键词： U型渡槽粉煤灰浆输送能力火电厂挟沙力单位水流功率设计试验输送管理

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均匀推移质泥沙起动概率量化分析

泥沙研究 2019年第3期44卷 7-12页

作者：程烨张根广西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨陵712100

采用泥沙滚动起动模式,考虑了床面泥沙暴露度及近底水流的随机性,从理论上推导出了推移质泥沙的起动概率公式。此起动概率是床面泥沙颗粒暴露度(或暴露角θ)和近底瞬时流速的函数,其大小随着泥沙暴露度和近底瞬时流速的变化而变化,这与... 详细信息

采用泥沙滚动起动模式,考虑了床面泥沙暴露度及近底水流的随机性,从理论上推导出了推移质泥沙的起动概率公式。此起动概率是床面泥沙颗粒暴露度(或暴露角θ)和近底瞬时流速的函数,其大小随着泥沙暴露度和近底瞬时流速的变化而变化,这与以往学者得到的泥沙起动概率存在较大区别。经与实测资料对比,验证了本文所求的起动概率的正确性。依据冲刷率与起动概率之间关系,将本文所求起动概率转化为无量纲冲刷率,进一步通过实测资料验证了所求起动概率的合理性。

关键词：起动概率暴露角概率密度函数冲刷率

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潼关高程抬升与渭河淤积萎缩成因分析

潼关高程抬升与渭河淤积萎缩成因分析

作者：张根广西安理工大学

学位级别：硕士

三门峡水库是我国解放后在多泥沙河流——黄河上兴建的第一座大型水利工程。鉴于当时主客观条件的限制，人们对黄河的来水来沙情况及水沙特性缺乏足够的认识，致使水库的规划设计和运用方式存有严重失误。水库蓄水运用2年后，潼关河床... 详细信息

三门峡水库是我国解放后在多泥沙河流——黄河上兴建的第一座大型水利工程。鉴于当时主客观条件的限制，人们对黄河的来水来沙情况及水沙特性缺乏足够的认识，致使水库的规划设计和运用方式存有严重失误。水库蓄水运用2年后，潼关河床高程由323.．4m急剧抬升至328.1m，并由此引发潼关断面以上黄河北干流、渭、洛河下游等流域环境严重恶化，带来一系列严重性区域灾害;三门峡水库在经过60年代两次改建后，潼关河床高程曾有所下降。但是，自1975年以来，潼关河床高程波状起伏，总体上处于上升趋势，到了1985年，潼关汛前河床高程已达到327.04m;1985年以后，潼关高程上升的幅度明显加大;1992年以后，潼关高程基本上处于持续上升的状态，致使渭河下游淤积发展及河道萎缩恶化和加剧，并由此引发了“92.8，95.8，96.7”等小洪水大灾害，严重破坏和阻碍了陕西关中经济的发展。本文在系统收集和整理原型观测资料的基础上，运用河流运动学基本理论及河床演变学基本原理，综合分析了三门峡水库建库前后潼关河床高程的变化情况;并运用西安理工大学的水动力学泥沙数学模型对原型资料的分析结果进行了模拟计算，综合分析研究表明：在三门峡水库修建前，潼关河床基本处于冲淤平衡或微淤状态;在三门峡水库修建后的蓄水运用期，造成潼关河床高程升高的主要原因是三门峡水库运用方式;在三门峡水库“蓄清排浑”控制运用期，三门峡水库非汛期运行水位是潼关高程上升的首要影响因素，其次是汛期运行水位;潼关上游来水条件的改变则是潼关高程上升的第三影响因素;潼古段的累计淤积量及古夺高程对潼关高程具有重要的影响，但不是影响潼关高程升降的独立因素;潼关高程是导致渭河下游淤积发展及萎缩的首要影响因素，渭河咸阳以上水量的减少则是次要影响因素;解决潼关河床高程问题的有效手段和对症之策是改善和完善三门峡水库运用方式，尽量降低三门峡水库汛期和非汛期运行水位，迫使潼关高程冲刷下降。

关键词：水库运用方式泥沙淤积河床演变河道萎缩数学模型