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生长和浮升过程中气泡形状振荡特性研究

原子能科学技术 2022年第3期56卷 450-456页

作者：胡瑞唐继国李晓孙立成刘洪涛四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室水利水电学院四川成都610065

气泡形状变化对两相流动和热质传递过程有着重要影响。本文利用高速摄像仪和粒子图像测速(PIV)技术对生长和浮升过程中气泡的形状振荡特性进行了实验研究,分析了不同注气流量下气泡形状及其周围流场的变化规律。实验结果表明,气流量对... 详细信息

气泡形状变化对两相流动和热质传递过程有着重要影响。本文利用高速摄像仪和粒子图像测速(PIV)技术对生长和浮升过程中气泡的形状振荡特性进行了实验研究,分析了不同注气流量下气泡形状及其周围流场的变化规律。实验结果表明,气流量对脱离后气泡的形状有着明显影响,在低流量下,脱离气泡逐渐由长椭球形转变为扁椭球形,而在高流量下,脱离气泡与生长气泡的聚合将导致气液界面大幅振荡。此外,振荡气泡对其尾流区内生长气泡形状的影响同样不容忽视,其会引起生长气泡所受惯性作用增强,进而导致气泡形状波动。

关键词：气泡形状振荡气泡脱离气泡生长流场粒子图像测速

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基于能坡划分原理的大比降山区河流阻力特性

农业工程学报 2022年第20期38卷 113-118页

作者：杨奉广彭清娥四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室成都610065 四川大学水利水电学院成都610065

在山区河流水沙灾害河道修复中,河道阻力系数是一个非常重要的参数。普通天然河道的达西阻力系数是水深h与泥沙粒径d比值的函数,而在山区大比降粗糙河道中,其值随着坡降的改变而变化。为探究大比降河道达西阻力变化规律,该研究通过变坡... 详细信息

在山区河流水沙灾害河道修复中,河道阻力系数是一个非常重要的参数。普通天然河道的达西阻力系数是水深h与泥沙粒径d比值的函数,而在山区大比降粗糙河道中,其值随着坡降的改变而变化。为探究大比降河道达西阻力变化规律,该研究通过变坡水槽试验设置3种坡度(10°、25°、35°)更大的河道,试验时床面铺设中值粒径为0.5、1和1.85 mm的3种天然沙,流量设定为0.5~2.5 L/s,淹没度范围h/d为0.84~7.27,采取试验数据和经典文献数据共计48组,涵盖河道坡度范围0.97°~35°(对应比降S范围为17‰~573.6‰),进而建立能够反映滚波影响的适用于山区大比降河流的达西阻力表达式。结果表明:1)大比降河道水流表面会产生滚波,使得达西阻力系数增大;2)大比降河流的能坡可划分为两部分:正常河道无滚波时的能坡以及河道水面滚波产生的额外能坡,前者及其对应的达西阻力系数可以利用传统的对数公式进行求取,后者可以利用总能坡与无滚波时的能坡相减得到;3)将建立的比降达西阻力公式计算结果与实测数据比较,可以发现绝大部分数据落在±20%误差线中,说明该研究提出的公式的计算精度较高。研究建立的大比降河流阻力计算模型可以揭示大比降河道水流能量消耗机理,为后续研究大比降河流问题提供理论基础。

关键词：大比降河道摩阻流速达西阻力系数淹没度滚波

贡嘎山不同径级峨眉冷杉树干液流特征及其影响因素

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山地学报 2022年第2期40卷 220-234页

作者：唐子舒王根绪胡兆永四川大学水利水电学院水力学与山区河流开发保护国家重点实验室

树木蒸腾是森林生态系统水循环的重要组成部分。准确了解植物蒸腾的变化规律及其影响因子，有助于科学掌握和理解植被生理生态过程对气候变化的响应。我国西南山地森林生态系统植被类型丰富，环境条件复杂多变，是气候敏感区和典型生态... 详细信息

树木蒸腾是森林生态系统水循环的重要组成部分。准确了解植物蒸腾的变化规律及其影响因子，有助于科学掌握和理解植被生理生态过程对气候变化的响应。我国西南山地森林生态系统植被类型丰富，环境条件复杂多变，是气候敏感区和典型生态环境脆弱地带，但已有研究更多关注区域蒸散发计算及光合作用对水分利用的响应规律，缺乏对植物蒸腾变异规律及其影响因子的深入探讨。本研究利用热扩散探针技术，获得贡嘎山峨眉冷杉2017—2018年小(20～40 cm)、中(40～60 cm)、大(60～80 cm)3个径级的树干液流速率，采用相关分析和逐步回归分析量化环境因子对液流速率的影响。结果发现：(1)半小时尺度，液流速率呈单峰曲线变化，且增长快于回落，夜间液流活跃；(2)日尺度，液流速率变化大致呈先增后减的趋势，整体波动幅度与径级大小呈反比；(3)不同时间尺度下，各径级液流速率按大小排列均为：中径级>小径级>大径级；(4)液流主要与气象因子有关，液流速率与水汽压亏缺、空气温度、风速和光合有效辐射呈极显著正相关(p<0.01),与相对湿度呈极显著负相关(p<0.01)。同时，液流受水分条件的影响，干季缺水时，土壤湿度和降雨促进液流蒸腾，湿季水分过多则起抑制作用；(5)日尺度，中、小径级树木比大径级树木更易受环境因素的影响，且分别在干、湿季受影响最大；(6)逐步回归方程中的环境因子数量随时间尺度的增大而减少，且气象因子占主导。研究结果可为预测我国西南亚高山森林生态系统植被水分利用及循环的变化趋势提供数据支撑和理论参考。

关键词：亚高山森林树木蒸腾径级树干液流

热损伤花岗岩三轴压缩蠕变破坏声发射及损伤演化特征

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第6期54卷 2360-2369页

作者：周露林刘建锋鲁功达梁超林浩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

为探究深部高温高压环境对工程围岩蠕变性质的影响,开展了不同程度热损伤花岗岩的三轴分级蠕变加载试验,分析其声发射活动及损伤演化特征。研究结果表明:在分级蠕变加载中,当轴向应力达到1.50~1.65倍损伤应力σ_(cd)后,花岗岩损伤演化加... 详细信息

为探究深部高温高压环境对工程围岩蠕变性质的影响,开展了不同程度热损伤花岗岩的三轴分级蠕变加载试验,分析其声发射活动及损伤演化特征。研究结果表明:在分级蠕变加载中,当轴向应力达到1.50~1.65倍损伤应力σ_(cd)后,花岗岩损伤演化加快,达到(1.65~1.80)σ_(cd)后,发生加速蠕变破坏;在同一级加载中,随热处理温度升高,声发射活动在减速蠕变和稳态蠕变阶段减弱,在加速蠕变阶段增强;围压效应可以减弱热损伤对花岗岩蠕变特性的影响,围压与热损伤的耦合效应可以抑制蠕变过程的裂纹扩展,但当轴向应力增大、岩石失稳后热损伤对蠕变破坏加剧起控制作用;在分级加载过程中,随热处理温度升高,损伤变量的增长趋势先减缓后加快,600℃热处理试样损伤发展最快,常温试样次之,150℃和300℃热处理试样最慢;蠕变过程中剪切裂纹占比在35%~60%,随分级加载应力增大,微裂纹类型向剪切型转化;热损伤花岗岩矿物晶粒内和晶界裂纹有不同程度的发育,导致剪切裂纹占比随热处理温度升高而先减小后增大。

关键词：花岗岩热损伤蠕变声发射损伤变量 R_(A)与F_(A)

水坝泄水气体过饱和对鱼类影响及减缓技术研究综述

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工程科学与技术 2023年第4期55卷 91-101页

作者：李然李克锋冯镜洁王远铭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

水坝泄水总溶解气体(total dissolved gas,TDG)过饱和可导致鱼类患气泡病甚至死亡,给水生态系统健康带来严重危害。近年来随着中国越来越多的高坝工程投入运行,水坝泄水气体过饱和对鱼类影响逐渐成为制约高坝泄水安全运行的重要生态风... 详细信息

水坝泄水总溶解气体(total dissolved gas,TDG)过饱和可导致鱼类患气泡病甚至死亡,给水生态系统健康带来严重危害。近年来随着中国越来越多的高坝工程投入运行,水坝泄水气体过饱和对鱼类影响逐渐成为制约高坝泄水安全运行的重要生态风险。本文通过对国内外研究文献的梳理分析,结合研究团队近年来在该领域的研究成果,从鱼类耐受性响应、过饱和TDG规律、减缓技术以及发展动态等几个方面对水坝泄水气体过饱和对鱼类影响及减缓技术研究开展了回顾分析。首先面向中国长江上游特有鱼类保护需求,分析了溶解气体过饱和危害以及不同特征鱼类对溶解气体过饱和的躲避能力和耐受规律。在此基础上,从过饱和TDG生成和释放角度,揭示了水坝泄水溶解气体过饱和规律及其模拟预测方法,从工程措施、调度措施和生态功能利用措施三方面阐述了过饱和气体减缓技术及其工程应用现状。基于中国高坝工程泄水生态安全需求,开展了国内外发展动态分析,指出进一步深入揭示高坝泄水气体过饱和机制、完善和发展高坝泄水过饱和气体预测方法和技术、加强和深化过饱和TDG减缓技术的工程可行性研究、实施基于减缓过饱和TDG影响的流域梯级多目标优化调度、推进中国关于鱼类对过饱和TDG耐受标准的建立是当前面临的关键问题与技术挑战。本文成果旨在解决水坝泄水气体过饱和问题以及高坝运行生态安全保障研究提供思路借鉴和科学依据。

关键词：水坝泄水总溶解气体过饱和鱼类耐受能力减缓措施

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水库滑坡灾害致灾机理及防控技术研究与展望

工程科学与技术 2023年第1期55卷 110-128页

作者：周家文陈明亮瞿靖昆胡宇翔夏茂圃蒋楠李海波范刚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

随着中国高坝大库水利水电工程的相继运行,水库滑坡灾害已成为影响工程运行稳定和威胁沿岸人民生命财产安全的重大隐患,提升其综合防控能力是国家重大需求。水库滑坡是一个复杂的地质综合体,其变形破坏过程不仅与滑坡所在区域的地质条... 详细信息

随着中国高坝大库水利水电工程的相继运行,水库滑坡灾害已成为影响工程运行稳定和威胁沿岸人民生命财产安全的重大隐患,提升其综合防控能力是国家重大需求。水库滑坡是一个复杂的地质综合体,其变形破坏过程不仅与滑坡所在区域的地质条件特性相关,更取决于诱发因素如降雨、库水位变动等动态作用的影响,从开始孕育变形到最终失稳破坏一般需经历较长的历时,是一个不断累积发展的过程,不仅涉及降雨入渗与库水影响的时空叠加作用,更涉及多因素耦合下的渐进破坏机制,其致灾机理与防控难度极高。本文结合大量现场调查、室内外试验和数值模拟,总结了库区地质、水文等条件对于滑坡易感性及空间分布的影响规律,揭示了强降雨、库水位变动及多因素叠加作用下水库滑坡的累积灾变失稳机理;建立了离散元模型与流体力学模型(DEM–SPH)耦合的滑坡–涌浪模拟技术,能够较好地揭示高速滑坡体入河与水流的强碰撞及涌浪的非线性传播过程,可为滑坡致灾影响范围及应急避险方案制定提供科学依据;构建了无人机–3维激光扫描空地数据融合的大范围水库滑坡3维变形演化监测技术,并归纳总结了水库滑坡的综合治理技术。此外,针对多因素驱动下水库滑坡复杂致灾机理及防控技术方面的研究不足和局限性,展望了水库滑坡在灾变累积失稳与稳定评价、多源融合监测与智能预警、滑坡–涌浪流固耦合模拟与致灾影响评估、生态措施–支护结构联合治理技术方面的未来发展方向,期望为水库滑坡灾害防控减灾研究提供借鉴。

关键词：水库滑坡失稳机理致灾评估监测预警防控减灾

机制砂中石粉对混凝土物理力学性能的宏细观影响机制

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工程科学与技术 2023年第6期55卷 151-160页

作者：薛汇林陈明亮唐志波范刚周家文四川大学水利水电学院四川成都610065 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

石粉作为机制砂生产过程中的副产品,是机制砂区别于天然砂的主要特征之一。本文在结合现有规范的基础上,提出将机制砂中石粉含量纳入胶凝体系的配合比设计,系统开展了两种岩性(石灰岩、花岗岩)石粉及其在不同含量条件下的室内混凝土物... 详细信息

石粉作为机制砂生产过程中的副产品,是机制砂区别于天然砂的主要特征之一。本文在结合现有规范的基础上,提出将机制砂中石粉含量纳入胶凝体系的配合比设计,系统开展了两种岩性(石灰岩、花岗岩)石粉及其在不同含量条件下的室内混凝土物理力学性能试验,并结合X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、热重分析仪(TGA)等测试手段深入分析石粉对混凝土的微观作用机理。试验结果表明:在按照试验设计的混凝土配合比,随着机制砂中石粉含量的增加,混凝土的抗压强度、劈裂强度均呈先增大后减小的趋势。微观机理分析表明,机制砂中的石粉大多是惰性的,仅微量石灰岩石粉存在有限的化学活性,促进早期水泥水合作用,进而加快混凝土早期强度的发展。综上,机制砂中的石粉在混凝土中主要发挥物理填充作用,其含量保持在16%~19%时,能发挥良好的微集料填充效应而提升混凝土力学性能;超过该范围则导致稀释效应而降低混凝土力学性能。在石粉含量相同的情况下,花岗岩石粉组混凝土试样的整体微观结构相较于石灰岩石粉组更为致密,从而导致花岗岩石粉组的混凝土宏观力学性能强于石灰岩石粉组。相比于同类研究,本文获得的最优石粉含量处于较高范围,可为高石粉含量的机制砂混凝土的配合比设计及机制砂石骨料制作过程中的石粉含量控制提供参考依据。

关键词：机制砂混凝土石粉宏观力学性能微观机理

抗拉强度空间变异性对重力坝地震开裂的影响分析

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工程科学与技术 2019年第4期51卷 116-124页

作者：李泽发吴震宇卢祥裴亮杨哲四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室水利水电学院

由于施工质量不均匀和混凝土自身的非均质性,重力坝坝体混凝土强度具有空间变异性,这一特性会对大坝的抗震性能造成影响,而当前的重力坝地震动力分析中很少考虑混凝土强度参数的空间变异性。应用随机场理论构建大坝抗拉强度的空间变异... 详细信息

由于施工质量不均匀和混凝土自身的非均质性,重力坝坝体混凝土强度具有空间变异性,这一特性会对大坝的抗震性能造成影响,而当前的重力坝地震动力分析中很少考虑混凝土强度参数的空间变异性。应用随机场理论构建大坝抗拉强度的空间变异随机场,采用中心点法离散随机场并构建自相关函数得到相关系数矩阵,对相关系数矩阵进行Cholesky分解和线性变换,结合独立标准正态分布样本矩阵生成相关对数正态分布样本矩阵,实现抗拉强度空间变异性的抽样模拟。考虑混凝土抗拉强度的空间变异性,采用混凝土塑性损伤模型对Koyna重力坝进行地震非线性动力分析,基于统计意义研究了坝体裂缝条数、裂缝深度、上游面裂缝分布范围和坝顶位移等动力响应特征。成果分析表明:考虑抗拉强度的空间变异性后,Koyna重力坝动力响应具有明显的离散性,且上游面裂缝条数增加后导致坝顶水平位移整体偏向下游,垂直位移整体上抬,残余位移增大;同时裂缝深度均值较均质材料情况增大,坝体震损程度总体加剧;Koyna重力坝实际观察到的裂缝位于计算得到的裂缝分布范围之内。对抗拉强度变异系数和水平向自相关距离的参数敏感性分析表明,坝体动力响应的均值和变异性随变异系数的增大而增大,但对抗拉强度的水平自相关距离变化不敏感。

关键词：重力坝空间变异性地震开裂动力分析

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过冷水中单个蒸汽气泡凝结动力学过程研究

原子能科学技术 2019年第6期53卷 1029-1035页

作者：刘洪里唐继国刘洪涛杜敏鲍静静孙立成四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室水利水电学院

对高过冷度条件下单个蒸汽气泡的凝结过程进行了可视化研究,并与现有的计算模型进行了对比。实验结果表明:高过冷度条件下,运动速度较高的气泡脱离后,其底部产生的液体射流现象会加剧气泡的变形和凝结过程;而现有的计算关联式均无法较... 详细信息

对高过冷度条件下单个蒸汽气泡的凝结过程进行了可视化研究,并与现有的计算模型进行了对比。实验结果表明:高过冷度条件下,运动速度较高的气泡脱离后,其底部产生的液体射流现象会加剧气泡的变形和凝结过程;而现有的计算关联式均无法较好地预测该条件下的气泡动力学行为,凝结末期的相对误差超过50%。此外,通过Sobol方法对气泡凝结模型进行了敏感性分析,并定量评估了不同实验范围内Reynolds数、Jacob数以及Prandtl数对气泡凝结的影响程度。

关键词：气泡动力学凝结换热敏感性分析