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波浪作用下柔性草本植物受力特性研究

力学学报 2021年第4期53卷 1018-1027页

作者：张小霞林鹏智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

草本盐沼植物广泛分布于海岸带形成滨海湿地系统,这些滨海湿地具有生态、旅游、养殖及减灾等多方面价值.草本植物的消浪作用在海岸稳固和沿海防灾减灾等方面发挥了重要作用.已有植物消浪研究通常过度简化,将植物视为刚性圆柱并依赖于调... 详细信息

草本盐沼植物广泛分布于海岸带形成滨海湿地系统,这些滨海湿地具有生态、旅游、养殖及减灾等多方面价值.草本植物的消浪作用在海岸稳固和沿海防灾减灾等方面发挥了重要作用.已有植物消浪研究通常过度简化,将植物视为刚性圆柱并依赖于调节经验拖曳力系数来提高预测准确度,对柔性植物与波浪的相互作用机理研究还很欠缺.草本植物通常由多片柔性叶片和一根柔性相对较小的杆茎组成.在波浪作用下,植物的叶片与杆茎产生不同程度的动态变形以及相互作用,从而改变波浪与植物间的相对运动速度,使得柔性植物受力特性十分复杂.本文采用简单柔性结构物受力尺度定律计算单片叶片和单根杆茎受力,并用遮蔽系数量化叶片与杆茎间相互作用引起的叶片受力降低程度,提出了波浪作用下柔性草本植物动态受力计算公式.与单片叶片、单根杆茎和既有叶片又有杆茎的模型植物及真实植物样本测量受力比较表明,本文提出的植物受力模型可较好地预测植物最大受力及植物受力随波浪周期的变化情况.

关键词：草本植物柔性植物遮蔽系数植物变形植物受力

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受降雨影响的浅水泥沙颗粒起动规律

农业工程学报 2021年第13期37卷 121-127页

作者：肖克杨奉广聂锐华黄尔王协康刘兴年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

山区浅层水流深度极浅且移动缓慢,降雨条件下其泥沙输移现象尚不明确。为探明受到降雨影响下的浅水河流均匀沙起动问题,该研究假设雨滴落入河道后会影响到整个水流区,形成雨滴群与水流混合的流体,从孔隙介质流理论入手,假设当降雨存在... 详细信息

山区浅层水流深度极浅且移动缓慢,降雨条件下其泥沙输移现象尚不明确。为探明受到降雨影响下的浅水河流均匀沙起动问题,该研究假设雨滴落入河道后会影响到整个水流区,形成雨滴群与水流混合的流体,从孔隙介质流理论入手,假设当降雨存在时床面泥沙颗粒增加了向上的附加力,进一步分析泥沙颗粒的受力情况,推导出层流水流泥沙颗粒起动关系表达式。从含沙水流流速分布规律得到启发,雨滴落入层流水流的状态类似于含沙水流,当降雨存在时层流水流流速分布仍然满足线性关系。利用无降雨泥沙起动经典试验数据,确定了拖曳力系数以及上举力系数,发现两者都是沙粒雷诺数的函数。利用已有研究的降雨实测数据,求出了8种降雨强度(0.254~152.4mm/h)下的雨滴直径分布概率密度表达式(R2=0.998),进而求出雨滴的平均直径表达式,并给出受降雨影响的层流水流泥沙颗粒起动切应力计算模型。该研究模型表明降雨的存在使得泥沙起动所需的临界摩阻流速减小。通过与已有研究进行对比分析,该研究建立的受降雨影响的浅水泥沙颗粒起动计算公式具有最高的精度,平均误差仅为14.8%,能够为山区水沙灾害防治提供理论支撑。

关键词：降雨切应力泥沙颗粒摩阻流速相对暴露度

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无黏性非均匀沙起动条件对比研究

水力发电学报 2010年第6期29卷 126-131页

作者：王涛刘兴年聂锐华黄尔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

分析表明运用等效粒径概念进行非均匀沙起动条件计算是十分方便的。利用现有河流动力学的成果,通过一定的转换,获得了较有影响的八家非均匀沙起动公式的等效粒径表达式,研究发现尽管它们都能反映出较细颗粒受到荫蔽作用、较粗颗粒受到... 详细信息

分析表明运用等效粒径概念进行非均匀沙起动条件计算是十分方便的。利用现有河流动力学的成果,通过一定的转换,获得了较有影响的八家非均匀沙起动公式的等效粒径表达式,研究发现尽管它们都能反映出较细颗粒受到荫蔽作用、较粗颗粒受到暴露作用的特性,但各家公式中区分泥沙颗粒受到荫蔽或暴露作用的特征粒径是不同的。分析了各家公式反映出的非均匀沙起动时的分选作用。运用长江万县站资料对比研究了各家等效粒径计算式,为长江万县段合理选用非均匀卵石起动条件提供了依据。

关键词：河流泥沙工程学起动条件非均匀沙等效粒径分选比较

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齐口裂腹鱼集群行为对流态的响应

农业工程学报 2022年第11期38卷 144-150页

作者：朱天然孙林李嘉安瑞冬游景皓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

为研究齐口裂腹鱼集群行为对流速和紊动能的响应关系,该研究通过可变流场的试验水槽,结合鱼群轨迹分析及集群几何特征,定量研究了适宜齐口裂腹鱼集群的水流流速和紊动能区间。在试验中每组选择10尾平均鱼龄为3龄的齐口裂腹鱼,共两组,每... 详细信息

为研究齐口裂腹鱼集群行为对流速和紊动能的响应关系,该研究通过可变流场的试验水槽,结合鱼群轨迹分析及集群几何特征,定量研究了适宜齐口裂腹鱼集群的水流流速和紊动能区间。在试验中每组选择10尾平均鱼龄为3龄的齐口裂腹鱼,共两组,每组进行6次重复试验,每次试验让鱼群在3 m×14 m具有横向流速梯度的矩形水槽中游动10 min,之后提取和分析鱼群游泳轨迹,获取鱼群在不同水流流速、紊动能下的最近邻距离(Nearest Neighbor Distance,NND),集群面积,游泳分离指数(Separation Swimming Index,SSI)。结果表明,齐口裂腹鱼在特定水力条件下具有明显集群行为,上溯过程中以队列模式的队形为主,当水流流速为0.27~0.70 m/s,紊动能为0.004~0.018 m^(2)/s^(2)时,齐口裂腹鱼群的NND为0~0.80 m,集群面积为0~5.00 m^(2),SSI为0~1.20,此时集群得最为紧凑,在凝聚力、排斥力上都变现的更好。因此,为使齐口裂腹鱼能够集群上溯,推荐鱼道等工程措施营造流速为0.27~0.70 m/s,紊动能为0.004~0.018 m^(2)/s^(2)的水力学条件,从而对过鱼设施水流流态和水利调度进行优化。

关键词：流速水力学齐口裂腹鱼过鱼设施集群鱼类行为

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复杂洞塞泄洪洞消能和空化特性研究

水力发电学报 2012年第2期31卷 62-70页

作者：廉玲军王韦田忠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

针对高水头、大流量、出口尾水位低、消能防蚀问题突出的导流洞改建为洞塞泄洪洞工程,本文提出了"垂直洞塞+压坡洞塞+水平洞塞组"的布置形式,采用模型试验与数值计算相结合的方法分别对其消能和空化特性进行了研究。研究结果表明,该布... 详细信息

针对高水头、大流量、出口尾水位低、消能防蚀问题突出的导流洞改建为洞塞泄洪洞工程,本文提出了"垂直洞塞+压坡洞塞+水平洞塞组"的布置形式,采用模型试验与数值计算相结合的方法分别对其消能和空化特性进行了研究。研究结果表明,该布置形式的消能率超过80%;泄洪洞各水平洞塞均无空化发生,虽垂直洞塞段出现了弱空化,但均位于水体中部,不靠近边壁,不会对建筑物产生空蚀破坏;数值模拟揭示了有压洞段详细的流场特征及消能原理。

关键词：水力学复杂洞塞泄洪洞模型试验与数值模拟消能空化

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低温热源驱动两级负压管式淡化装置性能研究

太阳能学报 2020年第6期41卷 357-362页

作者：严天曈谢果孙立成吴章林郭卫民鲍静静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

设计制造一种以太阳能等低温热源驱动,并在负压下运行的两级管式淡化脱盐装置。在44及62℃恒温热源加热条件下,测试装置处于101、60及20 kPa运行压力时的水温及淡水产率,对其性能进行评估。结果表明负压运行可使蒸馏系统产水率提高到常... 详细信息

设计制造一种以太阳能等低温热源驱动,并在负压下运行的两级管式淡化脱盐装置。在44及62℃恒温热源加热条件下,测试装置处于101、60及20 kPa运行压力时的水温及淡水产率,对其性能进行评估。结果表明负压运行可使蒸馏系统产水率提高到常压运行时的3倍以上,同时可提升装置对热能的利用效率。此外,数据表明真空辅助技术应用于小型淡化装置时,电能消耗较低,操作压力为60及20 kPa时,真空泵每小时耗电量分别约为0.00035及0.009 kWh。结合实验数据对2~5级管式蒸馏器的能量利用效率进行估算,当热源温度为70℃时,5级蒸馏器性能系数在60 kPa负压下可达3.79。

关键词：太阳能脱盐蒸馏管式负压能耗海水淡化

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连续水闸对河流COD容量的影响

湖泊科学 2023年第1期35卷 216-223页

作者：伍中航孙海龙冯镜洁李然任爽袁雨亮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

水闸建设对河流产生阻隔作用,改变了河段水流形态,污染物输运及水质时空分布也随之发生改变,进而可能对水环境容量产生影响。本研究以拉萨河城区段为研究对象,考虑水闸建设对水动力学条件的影响,在利用平面二维模型进行水动力-水质模拟... 详细信息

水闸建设对河流产生阻隔作用,改变了河段水流形态,污染物输运及水质时空分布也随之发生改变,进而可能对水环境容量产生影响。本研究以拉萨河城区段为研究对象,考虑水闸建设对水动力学条件的影响,在利用平面二维模型进行水动力-水质模拟的基础上,计算分析了水闸建设前、后COD的水环境容量,探讨了连续水闸建设对河流水环境容量的影响。研究成果表明,水闸修建对水环境容量的影响主要有两个方面:一是水闸蓄水后,水体由流动转变为相对静止的状态,闸前水流流速减缓,水深增加,影响污染物的扩散,降低污染物降解系数,进而影响污染物降解过程;二是水闸蓄水会使污染物在库区滞留,使污染物滞留时间增加,从而提高污染物的降解量。拉萨河水闸修建后,因水闸蓄水影响,流速减缓,污染物向河道中央扩散受阻,易聚集于排污侧;与天然河道相比,蓄水区河段平均流速由0.34 m/s下降至0.10 m/s,平均水深由0.6 m增大至2.0 m,COD降解系数由0.12 d^(-1)下降至0.04 d^(-1),下降约67%,污染物滞留时间增大为原来的3倍左右。计算结果表明,在两种影响的综合作用下,1个水闸使研究河段COD容量下降约2.2%,2个水闸共同作用使COD容量下降约9.9%,3个水闸共同作用使COD容量下降约12.3%。整体来看,连续水闸对河流水环境容量产生了一定影响,水闸数量越多,对水环境容量的影响越大。

关键词：水环境容量水闸降解系数水质拉萨河

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水库水温分层的流场分析

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2014年第5期47卷 395-400页

作者：李嘉梁瑞峰邓云脱友才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

水库水温分层是流体密度流现象的一种,其形成受库区内流场、太阳辐射和表层热交换的共同影响,而水温分层状态的出现又将影响水库来流在库区的流动过程和出库水流的温度.以流场与温度场耦合计算的立面二维水库水温模型为基础,对水温分层... 详细信息

水库水温分层是流体密度流现象的一种,其形成受库区内流场、太阳辐射和表层热交换的共同影响,而水温分层状态的出现又将影响水库来流在库区的流动过程和出库水流的温度.以流场与温度场耦合计算的立面二维水库水温模型为基础,对水温分层的主要影响因素进行了理论分析,结合数值模拟讨论了温度场与流场的相互作用,对分层状态与来流发展特别是与垂向流动的关系进行了剖析.认为一定的来流水温差和表层热通量是水库形成分层状态的必要条件;水库表层温跃层对紊动扩散的抑制使温跃层内纵向和垂向动量均低于层外水体,上游来流高温水遇此温跃层之后易被阻碍而形成密度流下潜;双温跃层主要由高温流动层通过紊动不完全侵蚀底部低温水层而形成;水库底部回流区方向受主流动层流线方向控制并随主流动层流线趋于水平而被压缩;泄流孔口高程处主流动层形成的流速切应变使附近温度梯度减小,等温线趋于稀疏,主流动层随流量增加而增厚.

关键词：水库水温分层流场

基于主成分分析与支持向量机的渠道闸前冰输移与堆积判别模型

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力学学报 2021年第3期53卷 703-713页

作者：梁乃生脱友才邓云贾云霄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

冬季渠道输水过程中浮冰容易在闸前形成堆积体,导致过水断面束窄,严重时影响渠道的输水效率和安全运行.为判断渠道闸前浮冰的输移状态,开展了明渠水槽平板闸孔自由出流条件下的室内物理模型试验,提出了一种基于主成分分析与支持向量机(p... 详细信息

冬季渠道输水过程中浮冰容易在闸前形成堆积体,导致过水断面束窄,严重时影响渠道的输水效率和安全运行.为判断渠道闸前浮冰的输移状态,开展了明渠水槽平板闸孔自由出流条件下的室内物理模型试验,提出了一种基于主成分分析与支持向量机(principal component analysis and support vector machine,PCA-SVM)的闸前冰堆积与输移判别模型.通过相关性分析法确定输入特征间存在信息重叠,进而采用主成分分析法对特征向量进行降维,提取贡献率为86%的第一主成分和贡献率为7%的第二主成分作为输入特征,利用网格搜索方法确定多项式、高斯径向基和Sigmoid核函数的最优参数,通过混淆矩阵确定最优核函数为高斯径向基,最优核函数参数C为137,γ为0.37,建立PCA-SVM模型对试验数据进行监督学习.结果显示,模型在验证集上预测精确率为0.94,准确率为0.97,F1-Score为0.97,上游水流弗汝徳数(Fr1)和闸前水流弗汝徳数(Fr2)是渠道闸前冰输移与堆积的主要影响因素,闸孔相对开度(H/e)和闸门相对淹没水深(H1/H)是次要影响因素.进一步将已建立的模型应用在倒虹吸口浮冰状态判别试验中,验证开发模型的分类性能.研究成果可为冬季输水渠道的调度管理和安全运行提供重要参考.

关键词：浮冰闸孔弗汝德数支持向量机渠道物理模型试验