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有压与无压交接水力系统有限体积法模拟分析

排灌机械工程学报 2024年第4期42卷 373-379,387页

作者：吴金远周领胡垠盈许宇阳河海大学水利水电学院江苏南京210098 上海市政设计研究总院(集团)有限公司上海200092 长江保护与绿色发展研究院江苏南京210098

针对含无压段的长距离调水工程,采用二阶Godunov格式的有限体积法进行有压与无压交接水力计算模拟.首先根据有限体积法,分别对有压与无压的控制方程离散,采用Riemann求解器计算通量,并引入MINMOD斜率限制器进行数据重构.边界处采用虚拟... 详细信息

针对含无压段的长距离调水工程,采用二阶Godunov格式的有限体积法进行有压与无压交接水力计算模拟.首先根据有限体积法,分别对有压与无压的控制方程离散,采用Riemann求解器计算通量,并引入MINMOD斜率限制器进行数据重构.边界处采用虚拟边界,实现了计算区域与边界处的统一.在1个无压计算时步内,进行数个有压计算,从而实现有压与无压的交接计算.将所建模型与传统特征线法计算结果进行对比,验证了所建模型的精确性.结果表明,在库朗数小于1.00时,MOC在有压流与无压流均会产生较大的计算误差,而FVM计算更加准确.对比了有压与无压交接水力计算结果与有压段独立计算的结果,后者结果更加保守,工程经济性较差,证明了提出的有压与无压的交接水力计算的必要性与准确性.

关键词：有压管流明渠流有限体积法 Godunov格式水力瞬变

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具有相交换动力学的明渠流浓度分布解析解

Acta Mechanica Sinica 2022年第3期38卷 64-77,I0002页

作者： Swamp Barik D.C.Dalal Department of Mathematics Indian Institute of Technology GuwahatiGuwahati 781039India Department of Mathematics SRM Institute of Science and TechnologyChennai 603203India

压痕试验是一种局部试验技术,因此材料尺寸效应和局部不均匀性的作用非常重要.尺寸无关材料的非均匀性影响己有研究.本文采用尺寸相关应变梯度理论详细研究了材料尺寸效应和非均匀性(压头尖端附近的夹杂物)对压痕硬度的影响.研究发现,... 详细信息

压痕试验是一种局部试验技术,因此材料尺寸效应和局部不均匀性的作用非常重要.尺寸无关材料的非均匀性影响己有研究.本文采用尺寸相关应变梯度理论详细研究了材料尺寸效应和非均匀性(压头尖端附近的夹杂物)对压痕硬度的影响.研究发现,与基于常规塑性理论的尺寸无关材料相比,考虑材料尺寸效应时,非均质材料中的浅硬夹杂物更显著地提高了材料的压痕硬度.这种硬化效应被认为与载荷的升高和大变形的局部约束有关.特别是当涉及尺寸效应且夹杂物模量影响的过渡范围非常窄时,材料的不均匀性影响主要来自于结构的不均匀性,而非夹杂物模量本身.初始夹杂物深度大于其直径后,不均匀性的影响变得可以忽略.压头与夹杂物的水平偏移对非均匀压痕的影响也非常敏感.本文重点研究了微压痕和纳米压痕中的标度关系,并对微观材料中的非均匀性的影响进行了研究和补充.

关键词：纳米压痕压痕硬度应变梯度理论非均质材料非均匀性压痕试验尺寸效应明渠流

适用于明渠流及冰盖流的统一泥沙颗粒起动流速公式

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水利学报 2021年第8期52卷 969-978页

作者：马子普张宝森邓宇李春江黄河水利委员会黄河水利科学研究院河南郑州450003 水利部堤防安全与病害防治工程技术研究中心河南郑州450003 中国水利水电科学研究院泥沙研究所北京100048 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

为得到冰盖流条件下的非黏性泥沙起动公式,揭示冰期河道断面强烈冲淤变化的机理,基于Einstein假定,推导得到了同时适用于明渠流及冰盖流的统一的非黏性泥沙颗粒起动流速公式,所得公式与已有冰下泥沙起动流速试验数据符合良好。当冰盖糙... 详细信息

为得到冰盖流条件下的非黏性泥沙起动公式,揭示冰期河道断面强烈冲淤变化的机理,基于Einstein假定,推导得到了同时适用于明渠流及冰盖流的统一的非黏性泥沙颗粒起动流速公式,所得公式与已有冰下泥沙起动流速试验数据符合良好。当冰盖糙率为0时,冰盖流泥沙颗粒起动流速公式即化为明渠流泥沙颗粒起动流速公式。应用所得公式,比较了明渠流、冰盖流、冰塞条件下的起动流速及可起动最大泥沙粒径关系,冰塞条件下起动流速最小,可起动最大泥沙粒径最大。2014年冰期黄河头道拐断面发生强烈冲淤变化,是冰花集聚形成冰塞引起可起动最大泥沙粒径增大所致。所得公式及所揭示机理,将为进一步深入研究河道冰期泥沙输移规律提供重要思路和参考。

关键词：非黏性泥沙颗粒明渠流冰盖流起动流速冰塞

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明渠非恒定流及输沙试验系统

清华大学学报（自然科学版） 2005年第6期45卷 776-779,798页

作者：刘春晶唐立模曲兆松王兴奎清华大学水利水电工程系水沙科学教育部重点实验室北京100084

为研究明渠非恒定流运动特性和输沙机理,建立了长20m,宽29.5cm,高40cm的水槽非恒定流实验系统。该系统包括变坡水槽、供水控制、水位和流速量测、推移质循环及测量5个部分。通过计算机控制生成设定的非恒定流过程;沿水槽架设的6个压力... 详细信息

为研究明渠非恒定流运动特性和输沙机理,建立了长20m,宽29.5cm,高40cm的水槽非恒定流实验系统。该系统包括变坡水槽、供水控制、水位和流速量测、推移质循环及测量5个部分。通过计算机控制生成设定的非恒定流过程;沿水槽架设的6个压力传感器监控沿水槽的水位变化;采用二维激光流速仪测量垂线流速分布。初步试验结果表明:该系统可以生成稳定可重复的非恒定流过程,得到包括水深、流量、流速及输沙率变化的大量非恒定流试验数据,为洪水波的运动特性及输沙特性研究奠定了基础。

关键词：明渠流非恒定流水槽试验系统

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明渠均匀流的摩阻流速及流速分布

水利学报 2005年第8期36卷 950-955页

作者：刘春晶李丹勋王兴奎清华大学水沙科学教育部重点实验室北京100084

在水槽系统上对明渠恒定均匀流进行了系列实验,利用实测流速资料,对明渠均匀流摩阻流速的各种方法(雷诺应力法、对数流速分布法、阻力平衡法等)的计算结果进行了对比,并分析了流速分布。结果表明:(1)利用阻力平衡法计算摩阻流速时应考... 详细信息

在水槽系统上对明渠恒定均匀流进行了系列实验,利用实测流速资料,对明渠均匀流摩阻流速的各种方法(雷诺应力法、对数流速分布法、阻力平衡法等)的计算结果进行了对比,并分析了流速分布。结果表明:(1)利用阻力平衡法计算摩阻流速时应考虑边壁影响;(2)包含尾流函数的对数-尾流公式比单一对数公式可以更好的符合实测数据。用单一对数公式描述垂线流速分布时,应采用较小的Karman常数;(3)现有大量明渠均匀流实测资料中,用常用的Karman常数(κ=0.4)时单一对数公式仍可以较好的表示全水深流速分布是因为采用了较大的摩阻流速。

关键词：明渠流流速分布摩阻流速试验研究

基于连续小波分析的明渠恒定均匀流紊动尺度研究

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水利学报 2013年第S1期44卷 87-94页

作者：刘春晶曹文洪王向东许琳娟中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100048

对明渠紊流的紊动尺度和相干结构的深入认识是进一步分析水流能量传递、物质输送的基础。本文在水槽中开展了光滑床面、粗糙定床及粗糙动床3种不同边界条件的水流试验,首先对试验时均流速分布、紊动强度及雷诺应力分布与现有成果进行了... 详细信息

对明渠紊流的紊动尺度和相干结构的深入认识是进一步分析水流能量传递、物质输送的基础。本文在水槽中开展了光滑床面、粗糙定床及粗糙动床3种不同边界条件的水流试验,首先对试验时均流速分布、紊动强度及雷诺应力分布与现有成果进行了对比,然后利用连续小波分析对各组试验不同高程处的纵向、垂向流速及雷诺应力进行了系统分析,对比了采用不同时间长度数据和小波基函数选取对分析结果的影响,并对各组试验的紊流含能尺度沿水深的分布进行了研究。结果表明,Mexican hat小波基函数在利用连续小波对紊流数据分析时具有较好的效果;床面粗糙度及推移质运动对明渠流紊动相干结构影响不大,3种床面最大含能涡旋的时间尺度均为0.3~1s。

关键词：明渠流紊流小波分析粗糙床面

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过渡区动床明渠流的流速分布

水科学进展 2006年第1期17卷 49-54页

作者：刘春晶李丹勋曲兆松王兴奎清华大学水沙科学教育部重点实验室北京100084

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... 详细信息

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。

关键词：明渠流过渡粗糙区动床推移质流速分布

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陡坡粗糙矩形明渠中自由跌流的水力特性

工程科学与技术 2019年第6期51卷 83-89页

作者：李乃稳何孟刘超贺宇欣李龙国四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065 四川大学水利水电学院四川成都610065 四川省水利科学研究院四川成都610072

在矩形明渠中,自由跌水可作为其流量计量设施,具有简单方便、运行维护容易的特点。工程中,矩形明渠底坡往往为陡坡,边壁因材料限制通常较粗糙,体现为陡坡粗糙渠道的特征。目前对此类明渠中设置跌坎后,跌坎上的水力特征性研究较少。本文... 详细信息

在矩形明渠中,自由跌水可作为其流量计量设施,具有简单方便、运行维护容易的特点。工程中,矩形明渠底坡往往为陡坡,边壁因材料限制通常较粗糙,体现为陡坡粗糙渠道的特征。目前对此类明渠中设置跌坎后,跌坎上的水力特征性研究较少。本文采用模型试验的方法对不同底坡S、不同边壁粗糙度n的矩形明渠中的自由跌水水力特性进行了研究。试验中,底坡范围为0.0026到0.0973之间,明渠边壁糙率系数在0.0093到0.0193之间,明渠水流弗洛德数Fr0在1.0到6.62之间,远超以前研究的范围。结果表明:在试验确定的底坡和边壁糙率系数范围内,明渠跌坎上游水流为急流,自由跌流坎末水深he与其上游临界水深hc之比值he/hc与√S/n呈线性相关。另外,受自由跌水影响的跌坎上游长度L只与底坡和边壁糙率系数有关,而与渠道流量无关。对陡坡渠道而言,he/hc值随着水流弗洛德数的增加而呈对数减小。最后本文根据试验数据提出了陡坡粗糙矩形明渠的自由跌流坎末水深与上游临界水深之比值he/hc和√S/n,L和√S/n以及he/hc和来流弗洛德数Fr0的计算公式。本文通过增大底坡和边壁糙率的值,进一步扩展了前人关于明渠自由跌水的研究,这对于利用明渠自由跌水进行流量计量具有重要的工程应用价值。

关键词：明渠流自由跌流急流粗糙陡坡明渠水力特性

管流与明渠层流的总流机械能方程及机械能损失计算

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水动力学研究与进展（A辑） 2016年第1期31卷 9-14页

作者：薛娇刘士和武汉大学水利水电学院武汉430072

管流与明渠流同属流体力学中的内流,其总流机械能方程在水力学中称为总流能量方程。现有水力学中的总流能量方程是以理想不可压缩液体的伯努利方程为基础得到的,无法得到总流机械能损失的表达式。该文作者曾直接从黏性不可压缩流体运动... 详细信息

管流与明渠流同属流体力学中的内流,其总流机械能方程在水力学中称为总流能量方程。现有水力学中的总流能量方程是以理想不可压缩液体的伯努利方程为基础得到的,无法得到总流机械能损失的表达式。该文作者曾直接从黏性不可压缩流体运动的控制方程出发分别得到了管流及明渠流的总流机械能方程,解决了以上问题。考虑到层流条件下明渠流自由表面的变形特点,该文在前述工作基础上,将管流及明渠流在层流条件下的总流机械能方程进行了统一,同时还分别计算了管流(圆管、不同长短半轴比的椭圆管、不同宽高比的矩形管和不同内外径比圆环管)及明渠流(不同宽深比的矩形明渠)在层流条件下的总流机械能损失系数。结果表明:在同一雷诺数条件下,圆管层流的总流机械能损失系数比椭圆管层流、矩形管层流、圆环管层流及较大宽深比的矩形明渠层流的机械能损失系数要小。

关键词：管流明渠流层流机械能损失