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单根减冲桩对墩柱局部冲刷影响的数值模拟

水动力学研究与进展（A辑） 2019年第1期34卷 122-130页

作者：姜松张智程永舟葛彦斌龚维亮长沙理工大学水利工程学院长沙410114 水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室长沙410114 广东长大海外工程有限公司广东广州510620

为了减缓墩柱周围局部冲刷,通常采用在墩柱上游布置单根减冲桩的防护方法。该文通过RNG k-ε湍流模型闭合的三维稳定雷诺时均Navier-Stokes方程与泥沙输运模型相结合,对恒定流条件下墩柱上游流场及局部冲刷进行了数值模拟,分析减冲桩直... 详细信息

为了减缓墩柱周围局部冲刷,通常采用在墩柱上游布置单根减冲桩的防护方法。该文通过RNG k-ε湍流模型闭合的三维稳定雷诺时均Navier-Stokes方程与泥沙输运模型相结合,对恒定流条件下墩柱上游流场及局部冲刷进行了数值模拟,分析减冲桩直径比、布置距离和淹没率对墩柱冲刷防护的影响。研究结果表明:随着减冲桩直径比的增大,墩前掩护区域变大,下潜水流削弱,减缓墩柱局部冲刷;随着减冲桩淹没率的减小,减冲桩对水流阻挡作用减小,下潜水流增强,防护效果逐渐减弱,甚至当淹没率为0.6时,墩柱局部冲刷程度相比无防护时更严重;减冲桩布置距离过近或过远时,防护效果均不明显,当大直径高淹没率减冲桩布置在墩柱上游1.5倍墩径位置时,墩柱周围最大冲刷深度相比无防护时削弱了19.3%。

关键词：减冲桩垂向流速水平流速冲刷防护数值模拟

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推流反应器流速场对微孔曝气充氧能力的影响

环境科学与技术 2020年第5期43卷 12-17页

作者：刘旭阳吴涛康伟昌周小琳毕学军青岛理工大学城镇污水处理与资源化国家地方联合工程中心山东青岛266033 青岛首创瑞海水务有限公司山东青岛266031

文章针对推流式曝气池内水平流速对微孔曝气充氧能力影响问题,采用声学多普勒流速仪和溶解氧在线监测设备,研究了推流式反应器内流速场分布变化及其对刚玉微孔曝气器充氧能力的影响。结果表明,在模拟实际推流式反应器中,当断面平均流速... 详细信息

文章针对推流式曝气池内水平流速对微孔曝气充氧能力影响问题,采用声学多普勒流速仪和溶解氧在线监测设备,研究了推流式反应器内流速场分布变化及其对刚玉微孔曝气器充氧能力的影响。结果表明,在模拟实际推流式反应器中,当断面平均流速从1 cm/s增加到3 cm/s和5 cm/s时,低通气量(25 m^3/(h·m^2),标准大气压下)条件下微孔曝气器的充氧性能提高了2.40%、8.60%,中通气量(37.5 m^3/(h·m^2),标准大气压下)条件下微孔曝气器的充氧性能提高了1.78%、4.76%,高通气量(50.0 m^3/(h·m^2),标准大气压下)条件下微孔曝气器的充氧性能提高了1.41%、3.52%;随着断面平均流速的增加,断面底部水平流速逐渐增加,并与微孔曝气器充氧能力呈显著相关性。

关键词：水平流速曝气强度标准氧总转移系数标准氧转移效率流速场分布

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曝气沉砂池的除砂性能研究

中国给水排水 2014年第11期30卷 107-110页

作者：叶勇张辉周文忠侯红勋王淦汪家权程俊杨华高峰安徽国祯环保节能科技股份有限公司安徽合肥230088 合肥工业大学资源与环境工程学院安徽合肥230009

对南方某污水厂曝气除砂系统的处理性能进行了研究。结果显示：①进水含砂、砂斗沉砂和砂水分离器出砂的粒径级配差异明显，曝气沉砂池对粒径〉0．15mm的砂粒去除率较高；②砂粒在曝气沉砂池底的分布并不均匀，大部分砂粒沉降于池底后... 详细信息

对南方某污水厂曝气除砂系统的处理性能进行了研究。结果显示：①进水含砂、砂斗沉砂和砂水分离器出砂的粒径级配差异明显，曝气沉砂池对粒径〉0．15mm的砂粒去除率较高；②砂粒在曝气沉砂池底的分布并不均匀，大部分砂粒沉降于池底后半段，其中粒径为0．1～0．2mm的砂粒主要分布于池底中间位置，而粒径为0．2～0．6mm的砂粒主要分布于池底后端，砂粒的沉降并不完全符合自由沉淀理论；③曝气不利于砂粒的沉降，曝气强度对除砂率的影响存在最佳值，该曝气沉砂池的最佳曝气量范围为100—150m^3／h；④曝气量一定的情况下，水平流速对除砂率的影响要大于停留时间的影响。

关键词：曝气沉砂池除砂率砂粒分布曝气强度水平流速水力停留时间

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崇明东滩盐沼近底层水流与悬沙变化过程研究

崇明东滩盐沼近底层水流与悬沙变化过程研究

作者：曹慧上海师范大学

学位级别：硕士

随着长三角城市的快速发展,长江河口潮滩盐沼潜在的可利用资源以及生态环境效益越来越被人们所关注,对其研究也逐渐受到专家学者们的重视。潮滩盐沼受海陆交互作用影响,潮流水动力作用强烈,泥沙输移和物质交换频繁。它不仅起着保护海岸... 详细信息

随着长三角城市的快速发展,长江河口潮滩盐沼潜在的可利用资源以及生态环境效益越来越被人们所关注,对其研究也逐渐受到专家学者们的重视。潮滩盐沼受海陆交互作用影响,潮流水动力作用强烈,泥沙输移和物质交换频繁。它不仅起着保护海岸带的屏障作用,同时对环境变化的响应也十分敏感。盐沼近底层是潮滩泥沙发生悬浮、沉降、交换最直接的场所,其水流泥沙的输移机制是潮滩冲淤和物质循环研究的热点问题。本文以长江口崇明东滩盐沼区作为研究区域,选择了春季(5月)和夏季(7-8月)为观测期,通过实测潮流水位、近底三维流速、近底悬沙浓度及平均粒径等多项指标,对潮汐过程中盐沼植物海三棱藨草作用下近底层的水流及悬沙特征变化情况进行了研究,获得以下主要结论: (1)根据春夏两季实测数据,盐沼近底层潮流的平均水平流速总体较小,为3.24cm/s-7.29cm/s,明显小于垂线平均流速(11.75cm/s);大潮流速大于小潮,约其1.5-2.1倍;涨潮平均流速(5.73 cm/s)多大于落潮(4.03cm/s)。大潮涨落潮阶段分别形成一个向岸和离岸流速的峰值阶段,其中向岸流速峰值阶段更为明显;小潮涨落潮的峰值阶段不显著,流速基本在潮流中期较大。利用Vectrino流速仪实测的三维流速数据,通过TKE法计算得到近底层水流紊动能量及近底剪切应力,大潮平均近底剪切应力(1.2N/m)大于小潮(0.7N/m)。大、小潮近底剪切应力在过程图上分别呈现“双峰”及“单峰”变化,其中大潮涨急和落急阶段的流速和近底剪切应力都较大,但涨潮近底剪切应力(1.33N/m)略大于落潮(1.08N/m)。小潮近底剪切应力随潮位升高而增大,较大值一般出现在潮流中期。 (2)利用Solitax sc100浊度仪测量盐沼近底层潮流浊度值,再通过现场泥沙标定方法获得悬沙浓度变化数据。春季潮周期的平均悬沙浓度为2.45g/L,涨潮阶段的平均悬沙浓度(2.64g/L)大于落潮阶段(2.25g/L);夏季潮周期的平均悬沙浓度为0.8g/L,涨潮阶段的平均悬沙浓度(0.79g/L)略小于落潮阶段(0.8g/L)。利用LS 13 320激光衍射粒度分析仪对潮周期同步采集水样中的悬沙粒度进行测量。盐沼近底层悬沙颗粒总体较细,平均粒径为15.2μm,大潮周期平均粒径(16.6μm)大于小潮周期(13.8μm);悬沙级配中细粉砂和粘土含量最大,占总体积的69.9%。 (3)通过回归分析发现,盐沼近底层剪切应力(或紊动能量)与水平流速呈显著正相关,相关系数R2介于0.57～0.83。未发现盐沼近底层悬沙浓度与水平流速之间存在显著的直接相关关系,但在大潮周期高水位阶段,潮流流速较小,近底层悬沙浓度出现峰值,说明大潮高水位阶段上层悬沙沉降作用明显。盐沼近底层的悬沙粒径变化与水平流速存在正相关,两季相关系数R2分别为0.77和0.66。悬沙平均粒径在潮周期内的变化与流速变化类似:在大小潮周期中,平均粒径多呈现“双峰”和“单峰”变化。悬沙级配中以中粗粉砂为主的粗颗粒泥沙含量变化对流速的响应明显。 (4)通过两季大小潮周期各项数据的比较,春季滩面盐沼植被海三棱藨草的高度(13.9cm)和密度(1056株/m)均明显小于夏季(21cm、1854株/m2),而春季盐沼近底层的平均流速(5.47cm/s)、剪切应力(1.27N/m)、悬沙浓度(2.45g/L)和平均粒径(20μm)均大于夏季潮周期平均值(4.56cm/s、0.79N/m、0.8g/L、12.6μm)。结果表明随植株生长,盐沼植被的缓流、消能以及对悬沙粘附和拦截作用逐渐增强。

关键词：崇明东滩盐沼近底层水平流速剪切应力悬沙浓度平均粒径悬沙级配

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齿墩式内消能工压强和流场特性的试验研究

齿墩式内消能工压强和流场特性的试验研究

作者：薛冬太原理工大学

学位级别：硕士

内消能工是高水头泄水建筑物中有效的消能方式之一,齿墩式内消能工是一种新型的内消能工,这种消能工的提出是为了解决洞塞消能工过流能力低的不足。本文是山西省自然科学基金项目《齿墩式内消能工水力特性试验研究》的部分内容,在前期... 详细信息

内消能工是高水头泄水建筑物中有效的消能方式之一,齿墩式内消能工是一种新型的内消能工,这种消能工的提出是为了解决洞塞消能工过流能力低的不足。本文是山西省自然科学基金项目《齿墩式内消能工水力特性试验研究》的部分内容,在前期对齿墩式消能工初步研究的基础上,本文对齿墩式内消能工的水力特性做了进一步的研究,其体型为在有压管道内均匀布置长度为0.9倍管道直径的齿墩段,通过变化齿墩数量以及面积收缩比制定了10组不同的方案。采用物理模型试验的方法,运用多普勒超声波流速仪、高精度数字压力传感器对不同方案不同流量组别情况下的压强、流速进行了测量。分析得到各方案压强分布的变化规律、流量系数、水头损失系数、消能率以及水平流速分布的变化规律。分析了齿墩数量以及面积收缩比对消能特性的影响,齿墩消能工的消能机理、水平流速分布特性以及齿墩式内消能工的脉动压强特性。主要结论有：1、在保证一定过流能力的情况下,齿墩式消能工的消能率能达到较高的程度。在流量系数为0.407的情况下,消能率可以达到80%以上,是一种具有发展潜力的内消能工。2、在试验流量情况下,各方案壁面时均压强系数沿程的变化规律相似,均为在齿墩进口段急剧下降,在齿墩段内达到最低,之后逐渐恢复,压强恢复长度主要受面积收缩比的影响,齿墩数量的变化对其影响较小。3、通过对压强数据的分析,得到脉动压强沿程分布的变化规律。脉动压强的变化幅度均是在齿墩段处变化最大,且面积收缩比越大脉动压强在齿墩段的变化幅度越小,脉动压强最大点出现在齿墩段后1.0D-1.6D的范围内。压强脉动幅值随着面积收缩比的减小而增大。4、通过对试验方案最大脉动压强的概率密度分布、偏态系数和峰态系数的分析,得到各方案的分布来基本接近于正态分布。5、通过对齿墩式内消能工流量系数随雷诺数变化情况的分析,得知过流能力与雷诺数无关。面积收缩比是影响过流能力的主要因素,面积收缩比越小管道过流能力越差。6、齿墩式内消能工在消能段的水头损失系数随着面积收缩比的减小而增大,相同面积收缩比情况下,不同齿墩数的水头损失系数差别不大,各方案突扩水头损失系数的变化规律与理论值比较吻合。7、通过对齿墩段前后管道内水流水平流速的数据分析,得到典型断面水平流速分布图、水平流速矢量图以及典型深度脉动流速沿程的变化规律。

关键词：齿墩式消能工脉动压强水头损失消能率水平流速

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曼家寨采场东部边坡地下水同位素测试研究

现代矿业 2012年第8期28卷 135-136,138页

作者：李诚段蔚平刘建刚云南华联锌铟股份有限公司中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司金属矿山安全与健康国家重点实验室河海大学土木工程学院

通过现场试验,在研究了边坡垂向流、水平流速、地下水流向的基础上,得出了地下水水平流速是边坡疏干治理的关键。查出边坡复杂的地下水特征,为疏干设计施工提供科学依据。

关键词：同位素边坡地下水水平流速流向

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开孔墩柱局部冲刷防护机理数值模拟分析

开孔墩柱局部冲刷防护机理数值模拟分析

第十六届中国海洋（岸）工程学术讨论会

作者：赵娣程永舟长沙理工大学水利工程学院水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室

水工建筑物墩柱结构的局部冲刷严重威胁了结构安全。为了减小墩柱周围的冲刷,提出了墩柱开圆孔的开缝防护法。利用Flow3D软件计算分析了开孔前后圆柱周围流场的水动力特性。对比分析了纯水流条件下开孔前后墩周水平流速、竖向流速,时均... 详细信息

水工建筑物墩柱结构的局部冲刷严重威胁了结构安全。为了减小墩柱周围的冲刷,提出了墩柱开圆孔的开缝防护法。利用Flow3D软件计算分析了开孔前后圆柱周围流场的水动力特性。对比分析了纯水流条件下开孔前后墩周水平流速、竖向流速,时均压力系数,纵断面流速及平面流速。结果表明,墩底开孔能够减小墩前水流流速、缓和墩周紊动强度、消除或削减马蹄形涡流和尾涡,为开孔式墩柱的局部冲刷防护措施研究奠定了理论基础。

关键词：墩柱圆形开孔水平流速竖向流速时均压力系数

来源： cnki会议评论

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明渠均匀流简易粒子图像测速技术浅析

陕西水利 2019年第2期 16-18页

作者：李建林四川大学水力学及山区河流开发与保护国家重点实验室四川成都610065

粒子图像测速系统PIV是一种近年兴起并发展迅速的非接触式流体测量方式,通过测量示踪粒子在很短时间间隔内的位移来间接地测量流场的速度分布,具有高精度、多点位和瞬时态等优点,但其需要高功率激光片光来定位速度剖面和照亮示踪粒子,... 详细信息

粒子图像测速系统PIV是一种近年兴起并发展迅速的非接触式流体测量方式,通过测量示踪粒子在很短时间间隔内的位移来间接地测量流场的速度分布,具有高精度、多点位和瞬时态等优点,但其需要高功率激光片光来定位速度剖面和照亮示踪粒子,高昂的价格和维修费用使得人们需要找到一种非激光照明式PIV作为替代。结合明渠均匀流的断面流速测量特点及工作原理,使用LED光照亮示踪粒子,并运用摄影原理窄束景深得到清晰的速度矢量场图形。经过分析发现,测量结果与理论公式所得值吻合良好,说明该技术在均匀流流态中具有较高精确性和实用性。

关键词：粒子图像测速 LED光照示踪粒子明渠均匀流水平流速