蜗形滞流器性能优化及不同工况试验研究

蜗形滞流器为一种可用于城市雨水管网系统中,对雨水错峰管理的流量调节装置。通过建立雨水管为D200的雨水排放系统物理试验模型,并安装蜗形滞流器样机后进行试验,得到以下结论:(1)试验结果曲线与计算机仿真模拟曲线趋势基本一致;蜗形滞流器在低水位时不改变原排水系统的固有特性,在高水位时可在不改变物理过流面积的情况下产生漩涡从而达到滞流作用,并节约部分蓄水空间。(2)安装导流板及改变导流板角度均可有效提升蜗形滞流器的节流性能,且当导流板角度α为15°时,节流效果最佳。(3)特性曲线"S"段为蜗形滞流器内漩涡流的发生至稳定阶段,在空气压缩带稳定时,装置的过流能力相当于一定面积的孔板,直到水位下降至装置内外气压相通,蜗形滞流器才自动恢复出水管原本过流能力。(4)随着背压上升,特性曲线的"S"型拐弯段也相应抬高。     

黄河口拦门沙对尾闾河道反馈影响的试验研究

通过模型试验,研究河口淤积延伸、不同尺寸和位置拦门沙对尾闾河道的反馈影响,并探讨河口径流与潮流交汇点(滞流点)与拦门沙的关系。研究结果表明,河口拦门沙的形成与滞流点的关系非常密切,滞流点的位置基本在拦门沙顶部变动,在径流量为500～1500m3s时,滞流点的变化范围在5km左右。河口演变对尾闾河道泄洪排沙的影响包括河口淤积延伸的影响和拦门沙的影响,河口淤积延伸的影响是主要的,拦门沙尺寸变化的影响是有限的,其影响范围一般在口门以上25km以内。     

加劲巨型薄壁输水钢管外压临界失稳性能研究

通过分析加劲巨型薄壁钢管管身段和环管段的外压临界失稳特性,同时根据工程应用实际,考虑了具有相同断面面积的矩形环和T形环对钢管临界失稳指标的影响,得出了加劲环间距采用0.1~0.6倍钢管内半径最为有效,加劲环厚度宜为1~1.5倍管壁厚度,适宜高厚比为5~20的结论,并指出不同尺寸与布置间距的加劲环管段外压临界失稳存在耦合特性.实例分析表明,使用文中介绍的方法进行加劲巨型薄壁输水钢管外压稳定优化设计可达到既经济又安全的目的.     

应力集中数值实验及工程应用

为掌握结构件几何过渡处倒角对应力集中的影响,建立了Γ形数值实验模型。实验结果表明采用有限元的方法对结构进行分析时,在几何过渡处网格划分尺寸等于或小于倒角半径,计算得到的应力值是真实可信的;应力集中系数随倒角半径的减小而增大,同时给出了应力集中系数回归方程。通过对灯泡贯流式水轮发电机主轴的应力求解,验证了回归方程有较高的精度,能够满足工程应用要求。     

瓯江口滞流点运动规律数值模拟

利用MIKE21软件建立瓯江口二维水流数学模型,研究不同径、潮流条件下滞流点位置的移动规律,并结合历史资料,分析了滞流点迁移对河口拦门沙的动力影响。研究表明:径、潮流水动力的改变,会改变滞流点的位置,其移动规律与口门拦门沙浅滩演变有密切关系。径流量较小时,滞流点上溯,在南北口内均形成滞流点活跃的动力平衡带,口外拦门沙冲刷;当径流量增大时,南北口滞流点下移引起拦门沙淤积,但向口外延伸的程度将受到分流比和河床地形的影响。     

升力做功对离心泵水力性能的影响

分别用试验研究和数值模拟手段对离心泵内升力做功对其水力性能的影响展开了研究。研究结果表明：离心泵叶轮在相同半径下，叶片工作面的压力与吸力面之间存在压力差ΔP，由此产生升力，且随着流量的增加升力做功逐渐减小；离心泵内升力做功和离心力做功共同决定着其外特性曲线，其中，升力做功最大可达到离心力做功的90%左右，占总扬程的46%左右；在不同工况下，离心力做功基本不变，升力做功的变化则较为明显，这就决定了其外特性曲线的变化趋势。对理论计算与试验结果进行了比较，两种结果相互吻合，验证了数值模拟的正确性。     

不同尺寸混凝土试件的动力特性探讨

通过对36组混凝土试件在不同加载速率下进行抗折试验,探索了试件尺寸对混凝土动态力学性能的影响规律。试验中采用混凝土试件尺寸分别为40 mm×40 mm×160 mm,100 mm×100 mm×400 mm和150 mm×150 mm×600 mm3种,加载速率分别为0.5、5、50和500 mm/min4个等级。研究结果表明:混凝土抗折强度随着加载速率增加而增大;在同一加载速率下,混凝土抗折强度随着尺寸增加而减小;大尺寸的混凝土试件动力强度增加更为明显;同一加载速率下,不同试件尺寸混凝土试件的破坏模式没有明显差别,这一特征使得可以将不同尺寸混凝土结构的动力破坏过程分析进行简化。     

泵站矩形及蜗形进水池的水力特性数值模拟

泵站进水池作为泵站的重要进水建筑物,后壁平面形状对水泵的进水流态和水泵的工作效率都有一定的影响。此文应用CFD技术,将流速均匀度和流量作为水泵性能评估的依据,设定了多个设计工况,对矩形后壁、蜗形后壁以及水面加设隔板后水流的流态进行了数值计算,系统地分析了各工况下的进水池内的流动特性,揭示了矩形和蜗形进水池水流流动的水力性能差异,对类似进水池的设计和改造具有一定的参考意义。     

塑料沙静水沉速的试验研究

本文重点论述塑料颗粒在静水中沉降运动的规律,阻力特性以及阻力系数变化规律,并得出各流区的沉速公式。实验资料表明,塑料颗粒的阻力系数曲线与天然沙十分相近,因而除过渡区外,滞流区和紊流区的沉速公式与天然沙基本一致。比重不同的影响,仅在划分流区的粒径界限有所差别。根据塑料颗粒出现的漂浮和上浮现象,作者认为,滞流区的沉速公式只能适用于直径为0.10～0.35mm的塑料颗粒。     

基于PFC2D的岩土体孔隙统计算法分析

为了研究岩土材料微观孔隙结构特性,从机理上认识和掌握其宏观工程性质及其变化规律,基于PFC2D模拟岩土材料孔隙结构,对像素颗粒填充法的计算误差、像素颗粒尺寸选择及孔隙统计算法等进行了研究。研究结果表明:综合考虑误差控制与计算效率,建议最小土石颗粒半径的1/20为适合的像素颗粒半径;对比孔隙体积统计的3种算法发现,舍入法是相对最优算法。在此基础上实现了等效孔径分布的统计,为三维孔隙结构模型的研究提供了理论依据,为进一步对岩土材料孔隙结构特性及其与宏观力学行为和工程性质间关系的研究提供了基础。     

城市雨水利用工程设计中的若干关键技术

随着我国城市化进程的加快,城市不透水面积增加导致雨水排泄负担加重,城市内涝更为严峻和频繁。城市雨水利用作为缓解这些问题的一项重要措施在我国逐步受到重视。由于缺乏系统、完善的工程设计方法,该项技术推广应用的速度、范围和效果受到限制。依据北京10年来的研究成果和工程设计与建设经验,探讨了雨水利用工程设计中的设计降雨、雨水池容积、溢流堰标高、调控排放调蓄池容积、绿地下渗设施规模、透水地面结构等技术关键的计算、设计方法和技术要点;提出了通过时间频率曲线推求较短历时设计降雨过程的方法;将雨水池的容积分成回用容积和调蓄容积,应用逐日调节计算法和数值模拟法分别进行计算;提出了调控排放系统调蓄容积的水量平衡估算法;建立了透水砖地面的设计流程。成果可为指导城市雨水利用工程建设、促进城市雨水利用技术的推广提供技术支撑。     

建筑屋面雨水有压回补地下水理念与潜力评估

城市雨水回补地下水对增加城市地下水资源、减轻内涝灾害具有重大意义。屋面雨水水质较好,且具有高水头特点,并无需外界提供电能、不占据多余空间,可实现雨水收集、快速净化,形成屋面雨水有压回补地下水模式,增加地下水回补率。该技术理念提出后,尚处于研究阶段,故本文以天津大学新校区为研究区,通过水泵加压回补地下水的现场数据推导出了半经验公式,选取与实地状况基本相符的渗透率等相关参数,对该模式进行相关计算与潜力评估。利用天津市暴雨公式计算了不同降雨重现年及历时的设计雨强,并计算出本模式应用于研究区的不同设计情况下的回补率。计算结果显示,回补率与降雨历时(建筑屋面汇水或滞留时间)呈正相关关系;假设建筑屋面雨水滞留时间为24 h时,25年一遇以内降雨回补率大于90%,50年一遇和100年一遇降雨回补率达85%以上。本文论证了该种模式具有很强的应用价值,对雨水回补地下水技术研究有一定的参考价值。     

基于“内涝点”的城市防洪排涝模式研究

为探究新的城市防洪排涝理念及防洪排涝模式,基于前人积水计算模型研究及城市洪涝灾害特点分析,在对"内涝点"重点治理的城市防洪排涝理念的基础上,建立基于"内涝点"的城市防洪排涝模式。以太原理工大学迎西校区为试验区域,以太原市某次典型降雨为算例,对所建积水计算模型进行验算。结果表明:使用模型计算得到的"内涝点"积水深度和积水历时均与实测资料符合,由此验证了模型的合理性。     

The Influence of Watershed and Development Characteristics on the Cumulative Impacts of Stormwater Detention Ponds

Stormwater detention ponds are a popular stormwater management practice in many communities, and city ordinances often require the uniform use of detention ponds on all new developments. Although peak flow reduction can be achieved immediately downstream from a development, this practice may not be successful for controlling peak discharges from the watershed as a whole. The purpose of this research was to correlate watershed and development characteristics with the cumulative impacts of detention ponds in a watershed. A sensitivity analysis was performed to evaluate the influence of six watershed and development characteristics in synthetic watersheds. The sensitivity analysis evaluated two watershed characteristics: shape and slope. Four development characteristics were evaluated: size, intensity, stage, and sequence. Of the six watershed and development characteristics considered in the sensitivity analysis, watershed shape, the stage of development within the watershed, and the sequence of development within the watershed had the greatest effect on the cumulative impacts of detention ponds in the watershed. These three factors determined the pattern of impacts that occurred within a watershed. Development intensity, development size, and watershed slope contributed to the magnitude of the impacts which were created, but they were not the overriding factors that determined the pattern of impacts. These system-wide factors are not typically considered in the design and management of stormwater systems.     

基于文献计量的我国城市内涝研究进展

以CNKI中国期刊全文数据库中2000-2015年的城市内涝研究相关文献为基础,采用文献计量软件SATI对已发表文献的年度频次、高频关键词以及期刊来源进行统计分析,借助Ucinet绘制高频关键词网络知识图谱,运用SPSS软件对20个高频关键词进行共词网络、聚类和多维尺度分析。结果发现,城市内涝主要研究热点包括城市内涝机理研究、城市内涝过程仿真与模拟、城市内涝应对管理,城市防洪排涝体系建设仍是重要的研究内容,海绵城市建设和低影响开发的研究将会是新的研究热点与发展趋势。     

Multi-objective Optimal Design of Detention Tanks in the Urban Stormwater Drainage System: Uncertainty and Sensitivity Analysis

Design of detention tanks becomes important to the flooding control and drainage service management of an urban stormwater drainage system (USDS). While the hydrological and hydraulic models and methods have been widely developed in the literature for the optimal design and management of USDS, there is not yet a general methodological framework that is applicable for all practical systems. This is mainly because of various complexities in practical USDS, such as different design objectives (i.e., multi-objective design) and local design criteria and policies, as well as variety of inevitable uncertainties in the system. Previous work by the authors has focused on the first two aspects, in which a viable design framework has been developed and applied for multi-objective optimal design of detention tanks in the USDS under conditions of different local design criteria; and this paper deals with the third factor, aiming to explore and extend further the optimal design methodological framework to USDS with uncertainties. A real-life USDS in China is applied for this investigation. Uncertainty analysis is firstly conducted to characterize the importance of different uncertainty factors considered in the studied system. The uncertainty analysis result is thereafter incorporated into the previously developed multi-objective optimal design framework, in which the Monte-Carlo simulation method is adopted for the stochastic process investigation. The case application and analysis indicate different influences of uncertainty factors in the system to the multi-objective design results of detention tanks (total cost and flooding risk) in the studied USDS. The results and findings of this study are also discussed in the paper for their practical implications to the design and management of USDS.     

泥沙粒径及射流速度对沙床冲刷的影响

射流冲刷在众多疏浚工程中应用广泛并发挥了重要作用,对其开展深入研究很有必要。基于Eulerian二相流模型和k-ε湍流模型,以粒径为0.04~0.23 mm的沙床为研究对象,进行了二维垂向淹没射流冲刷沙床的数值模拟,研究了粒径和射流速度对沙床冲刷的影响。结果表明,在研究的粒径范围内,最大冲刷深度和悬浮泥沙体积与流速成正相关,与粒径成负相关,且流速的影响更大。     

Multi-Objective Optimal Design of Detention Tanks in the Urban Stormwater Drainage System: LID Implementation and Analysis

Under the influences of climate change and rapid urbanization, extreme rainfall events become more and more intensive and the urban flooding issues have been frequently faced in many cities in the world. Previous practical and scientific experiences have demonstrated that appropriate utilization of detention facilities and low impact development (LID) devices for urban region design could be important and effective ways to the flooding control and drainage service management of an urban stormwater drainage system (USDS). This paper investigates the optimal design and application of detention tank network and LID devices for achieving these multiple objectives in the USDS. The framework and method of LID-based multi-objective optimal design of detention tanks in USDS is first developed in this study, and a practical case in SA city of China is then taken for the application. The results of this study confirm the feasibility and validity of the proposed methodological framework for the LID-based multi-objective optimal design of detention tanks in the USDS. Specifically, both total investment costs and flooding risk have been greatly reduced by the optimal implementation of the detention tank and LID measures. Meanwhile, the results indicate that the LID devices may have global effect to the flooding control and the detention tanks can be locally efficient to reduce the flooding risk. Finally, the findings of this study are discussed in the paper for their practical implications to the practical design and management of USDS.     

调蓄池提高已建系统排水能力的水力模拟研究

以上海市典型排水系统真如的改造规划为例,分析了调蓄池在提高城市雨水系统排涝能力上的作用。利用水力模型估计了不翻排现有管道、不增加现有泵站规模条件下,提高系统局部排水标准所需调蓄容积,以及利用调蓄池进行系统改造在降低工程费用方面的作用。结果表明,调蓄容积在60m3/hm2时,真如局部地区排水标准能从1年一遇提高到3年一遇,且比翻排管道节省造价50%以上。研究成果可为采用调蓄池提高已建排水系统排涝标准提供参考。     

河滩种树对行洪影响试验研究

对宽滩和窄滩河槽的过流能力以及滩地种树的漫滩水流水力特性进行了研究表明：像珠江三角洲网河这样的窄滩复式河槽，滩地种树对水位的影响不大，也不会影响滩地的槽蓄滞洪作用，但种树使滩地水流归槽，主槽流速增大；滩地种树的利和弊及对行洪的影响是多方面的，应视具体情况分析。