多孔介质中两相流动过程的毛细滞回效应

 含水量大小以及干湿循环变化历史对多孔介质渗流过程有着重要影响。基于多孔介质理论和毛细滞回内变量模型,建立能够考虑含水量变化历史影响的多孔介质两相流动模型,并利用开发的U-DYSAC2有限元程序进行相应的数值模拟。通过模拟结果与试验数据的比较,验证所建数值模型在模拟复杂条件下非饱和多孔介质渗流问题的可靠性与有效性。对干湿循环变化条件下土质边坡渗流过程进行数值分析,结果表明：毛细滞回效应对非饱和土渗流过程具有显著影响,非饱和土水力状态不仅取决于当前含水量或基质吸力大小,而且还与土体所经历的水力历史有关;特别地,如果利用主脱湿线来描述土水特征关系,那么土体中基质吸力的预测结果会偏高,从而使得传统边坡稳定性分析方法高估土体抗剪强度以及坡体安全系数。因此,在模拟非饱和多孔介质复杂渗流问题时必须要考虑毛细滞回效应。     

含水合物土体的土水特征曲线及渗透系数

含水合物土的土水特征曲线和渗透系数对分析水合物开采效率和地层稳定性具有重要意义。通过自我改造而成的含水合物土的土水特征曲线的测试装置,测试了含水合物土（黏质粉土和砂土）的土水特征曲线,研究了水合物形成对土体的土水特征曲线的影响规律和机理,并且分析了含水合物土体的非饱和状态下的渗透系数。试验结果分析表明：水合物形成对含水合物土体的土水特征曲线存在明显影响;随着水合物饱和度的增长,可以看到边界效应段明显增大,过渡段土水特征曲线变得逐渐平缓,非饱和残余段对于残余水饱和度更低,但是VG模型仍能有效的描述含水合物土的土水特征曲线;进气值随着水合物饱和度的增加而增大,而残余有效水饱和度则随之减小,这主要是由于水合物形成改变了沉积物内部的孔隙孔径分布特征。在非饱和状态下,由于渗流通道被气体挤占,含水合物土的相对渗透系数随毛细吸力增加而减小,但是在同样的毛细吸力下,越大的水合物饱和度对应的相对渗透系数越小。     

非饱和土体气态水迁移试验研究

取黄土和砂土土样，对等温条件下非饱和土气态水迁移规律及气态水迁移与液态水迁移关系问题进行试验研究。试验结果表明，土质、含水量梯度和含水量水平等因素对气态水迁移有显著影响，密度对气态水迁移的影响可以忽略不计。当土体水分主要以结合水存在时，含水量梯度影响下的气态水迁移量大于液态水迁移量：当土体存在较多自由水时，含水量梯度影响下的气态水迁移量小于液态水迁移量。     

非饱和黏土的一维电渗排水解析理论

采用饱和土的电渗固结理论通常会高估非饱和状态下土体的电渗排水能力。基于流体质量守恒原理、Darcy定律以及电渗流方程,采用指数函数描述土水特征曲线及水力渗透系数与电渗透系数和吸力间的关系,建立非饱和黏土的一维电渗排水控制方程,推导孔隙水压力、体积含水率及排水量的解析方法,并开展试验验证。在此基础上,分析饱和电渗透系数与水力渗透系数比值(k_e/k_s)、减饱和系数(α)以及残余体积含水率(θ_r)对非饱和黏土电渗排水特性的影响。结果表明,电渗排水量随着饱和电渗透系数与水力渗透系数的比值以及减饱和系数的增大而增大,且均呈非线性关系;土体持水性对非饱和土体的电渗排水性状影响显著。所提出的解析解可为非饱和黏土的电渗排水设计及效果评价提供参考。     

垃圾土中水分运动的一维数值分析

运用Brooks-Corey模型拟合了垃圾土的土水特征曲线和非饱和渗透系数,运用饱和—非饱和渗流分析,研究了垃圾土的一维水分运动过程,通过数值模拟计算了垃圾土在降雨入渗过程前后的水分运动,展示了孔隙水压力随时间的变化,使得对垃圾土中的水分运动过程的认识更加直观清楚。     

土在全含水率范围内持水及非饱和渗透特性的模型描述

传统的持水及非饱和渗透系数模型在较高含水率范围预测较好,而在较低含水率范围预测较差。一方面引入分界点将用体积含水率表示的持水曲线分为毛细阶段和吸附阶段,当土比分界点干燥时假定残余体积含水率与基质吸力的关系,改进Van Genuchten模型在较低体积含水率范围的适用性,将其推广至全体积含水率范围。另一方面,引入修正系数改进表征等径球体颗粒集合体内薄膜流动的非饱和渗透系数模型,并将非饱和渗透系数表示为毛细流动和薄膜流动对其贡献之和,以实现其在全体积含水率范围内从毛细流动到薄膜流动的光滑过渡。最后利用已有文献中6种壤土在较高、较低体积含水率范围内的持水以及非饱和渗透试验结果验证了修正持水及非饱和渗透系数模型的准确性,结果表明：这2种修正模型在全体积含水率范围内较传统模型的预测效果更好。     

基于Mein-aLarson模型的非饱和锐利浸润锋模型

降雨入渗模型在渗流理论、地质灾害评价等方面具有重要的理论意义及工程应用价值。基于饱和入渗的Mein-Larson模型及李宁等学者提出的非饱和入渗模型,利用非饱和土的Van Genuchten水土特性及渗透系数模型,提出了简化的非饱和锐利浸润锋模型,用以分析均匀含水率土体及含水率随深度变化的土体,其含水率、浸润深度、吸力等随雨强、降雨持时的变化。通过3种模型在不同工况下与有限元模拟结果进行对比,验证了本文提出的模型能更好的描述黄土中的非饱和水分迁移。     

基于齐次化构建原理的非饱和土瞬态渗流问题解析解

非饱和渗流现象在地表广泛存在,其在诸多岩土工程实践方面具有重要价值。通过使用Gardner指数型土水特征曲线及渗透系数函数,对描述非饱和渗流的Richards方程和相应定解条件进行线性化及无量纲化。而后,基于齐次化构造原理对线性无量纲化的入渗控制方程等价分解,并采用分离变量技术进行解析计算,得到了无量纲渗透系数、渗流速率、体积含水量和基质吸力水头的解析表达式。选取典型土层作为研究对象,分析土层稳定渗流时地表入渗速率突增情形下的渗流演变规律。结果表明:湿润峰向土层深处的移动速度随时间逐渐减慢。粗粒土的饱和渗透系数对非饱和渗流由稳态发展到再次稳态有显著的影响。距离地表越近,渗流速度增大到稳态需要的时间越短;距离地表越远,其受地表边界作用发生响应的时间越晚。基质吸力水头和体积含水量的垂直方向上的分布仅取决于边界条件。     

土体水力滞后对土石坝初次蓄水渗流场的影响

在土石坝的蓄水过程中,坝料的持水特性和渗透函数的不同会对坝体渗流场产生很大的影响。因此,对土坡的降雨入渗和土石坝的蓄水渗流场的分析应采用土-水特征吸湿曲线及相应的渗透函数。基于砾石土料的土-水特征曲线的实测结果,采用饱和-非饱和渗流有限元方法对不同程度各向异性的均质土坝初次蓄水过程中由脱湿和吸湿曲线计算所得的渗流场进行对比分析,探讨采用脱湿曲线代替吸湿曲线计算带来的影响。结果表明由脱湿曲线计算的孔隙水压力和体积含水率均明显高于由吸湿曲线计算的结果,渗透性的各向异性程度对坝体中的水力滞后性无明显影响。因此,在入渗分析时若采用脱湿曲线取代吸湿曲线会高估坝体中的孔隙水压力和含水率,低估非饱和区的吸力。     

裂隙非饱和渗流试验研究及有地表入渗的裂隙岩体渗流数值分析

就单裂隙非饱和水力参数的试验测定和数值模拟确定、单裂隙非饱和渗流的机理、有地表入渗的裂隙岩体饱和非饱和渗流数值分析以及地表入渗对岩坡稳定性的影响等方面展开了较为深入的研究，并将上述研究成果应用于实际大型工程问题的分析中。主要内容如下：（1）借鉴前人的研究成果，基于动力法原理（即逐次建立水相和气相之间的稳定流动状态），首次研制出一套可同时测定单裂隙毛细压力－饱和度以及非饱和渗透系数－毛细压力关系的实验装置，并提出一种用该实验装置来测定单裂隙非饱和水力参数的物模试验法，使得通过试验来测定单裂隙非饱和水力参数成为可能。（2）运用分形几何和蒙特卡洛模拟等理论，提出一种更合理的确定单裂隙非饱和水力参数的数值试验法，并开发相应的模拟程序。由于该法在生成裂隙充水域时考虑了水和气的“圈闭”效应，故能模拟出裂隙排水与吸水过程间客观存在的滞后现象，这是以往数值试验法所不能做到的。（3）把裂隙岩体等效力连续介质来处理，建立有地表入渗的裂隙岩体饱和非饱和渗流的数学模型。以Galerkin有限元法为模拟手段，研制了相应的算法，并编制了考虑地表入渗的三维饱和非饱和渗流有限元计算程序SUSS3D。算例分析表明，上述模型和计算程序是合理可行的。（4）引入非饱和土的抗剪强度理论，运用刚体极限平衡法，研制出了地表入渗影响下的央坡稳定性验算程序ZSLP。该程序考虑了非饱和带基质吸力对央体抗剪强度的贡献以及暂态附加水荷载的不利作用，使计算结果更贴近实际。（5）将上述研究成果应用于小湾电站水垫塘区岸坡降雨入渗分析，溪洛渡电站水垫塘区岸坡雾化雨入渗分析以及雾化雨入渗对溪洛渡电站水垫塘区岸坡稳定性的影响等实际工程问题的研究。结果表明：地表入渗确会给边坡稳定带来不利的影响，并且本文的模型和计算程序均是合理可行的。     

虹口港、杨浦港地区旱流污水截流工程设计水量的论证

对虹口港、杨浦港地区近几年来产业结构调整 ,污染大户的外迁 ,工业废水量明显减少的情况进行调研 ,通过对现状污水量的采集 ,规划、现状水量的测定等进行了详细的分析和论述 ,比较客观合理确定虹口港、杨浦港地区旱流污水截流工程的设计污水量     

变频调速与管网叠压供水系统小流量工况分析与对策探讨

在用水低谷期出现的生活给水系统小流量是造戍水泵运行效率低下、影响变频供水系统节能效果的重要因素之一.通过实测数据分析验证了变频调速供水系统在小流量工况下的高能耗现象;在分析变频调速泵特性曲线的基础上分别推求出满足水泵高效运行和变频可调速的最小流量,为水泵的选取提供理论依据;结合实例阐述了克服小流量不利影响的技术措施.     

工作流设计案例分析——房产管理系统中的工作流设计

工作流的设计概念应用到软件系统中,将工作过程分解成任务、角色,按照一定的规则来执行这些任务并对它们进行监控,可以提高办事效率、降低房产管理成本,提升企业经营管理水平和企业市场竞争力。房产管理系统中借鉴工作流的概念,可有效地提高管理人员的技术水平。     

An analysis of compartment fire doorway flows

A mathematical study is made to compute the doorway flow behavior due to fire in a room. Two approaches were taken, first a model attempting to include the effect of fire entrainment and vent mixing; second was a model based on an ideal point source plume fire—both in the zone model concept. Limiting analytic results were found for the latter to give insight into the physics. The results were compared to available flow data, and an approximate formula was developed to predict the doorway mass flow rate to within 20% for a wide range of fire conditions. CFD computations were also explored using FDS. Results are compared from FDS and the zone model with experimental data for a wide range of variables.     

供热系统中调节阀的研究与应用

依据调节阀流量特性的数学方程，导出了流量特性分别为直线型和等百分比型调节阀流通截面积的计算公式，指出了现有调节阀阀芯形状设计中存在的问题，分析了供热系统中调节阀的选用原则，认为应根据流通能力来计算选择调节阀的口径，而不是由连接管的管径来确定，并认为调节阀的安装地点不同，其计算公式中的系数有差别。     

Characterization of two-phase flow in a single rock joint

An experimental study using a triaxial apparatus was used to analyze the two-phase flow patterns in jointed rock specimens. Rock specimens having a single natural fracture were tested for two-phase flow of water and air. Triaxial tests were conducted to characterize the two-phase flow through fractured granite specimens at low confining pressures. It was found that for a relatively smooth joint (JRC<6), bubble flow pattern occurred within the rock joint when the gas velocity is below 15 m/s. The average velocity of water usually varied between 0.1 and 0.5 m/s for bubble flow patterns. In this velocity range, air bubbles were able to form along the joint walls or to be randomly displaced within the water phase. When the gas velocity inside the rock joint exceeded 22 m/s, the flow patterns took annular form for non-zero capillary pressures (i.e., injected gas pressure is not equal to injected water pressure). At elevated (>0.25 MPa) gas injection pressures, the gas occupied the main part of the fracture and the liquid was able to flow as an unstable film forming an annular flow along the joint. When the annular flow developed, the mixture flow pattern was independent of the air flow velocity. This was due to the fact that once the injected air velocity reached a critical value (i.e., 20 m/s), water velocity inside the joint was negligible for a given confining pressure and injected water pressure. Further increase in inlet air pressures developed a single-phase air flow with no water flow.     

The importance of gully flow modelling to urban flood simulation

ABSTRACT

Urban flood simulation often ignores or simplifies the function of underground gully systems due to data and computational limitations. To discover the influence of gullies on urban flooding, a novel approach is proposed in this study, by fully-coupling a 1D gully flow model (GFM), a 1D sewer flow model (SFM), and a 2D overland flow model (OFM) to simultaneously simulate the flow exchanges between surface, gullies and sewer pipes. This fully-coupled approach is compared with a simplified approach which directly introduces surface water into sewer pipes without being via gullies. The validation results show that the fully-coupled approach considerably reduces the underestimation of flood extent by 27% compared with the simplified approach. Without considering the capacity of lateral tubes between gullies and sewer pipes, the simplified approach over-drains the surface water into sewer pipes. The modelling of gully flow is crucial for correctly evaluating the efficiency of drainage systems.     

剧院舞台的防烟空气幕

通过对火灾烟气发生量及烟气流场的分析，建立了舞台空气幕计算的数学模型并求数值解。提出利用空气幕控制火灾烟气扩散的方法，以达到安全疏散观众的目的。     

雨水口的流量计算方法探讨

基于水力学理论以及对美国相关规范的研究,提出雨水口设计流量的计算方法。并以计算示例验证了《雨水口》(05S518)标准图集中规定的泄水能力不准确,建议实际工程中应以道路坡度、箅前设计水深、雨水口型式及尺寸等为条件进行具体的设计流量计算,以确定雨水口的设计与布置。     

给水管网中管段流量计算方法的探讨

传统方法中管段流量是根据节点流量进行流量分配,再经过复杂的平差计算后确定的。由于节点流量难以跟踪实测,只能近似估算,导致管段流量的计算精度不高,本文提出通过测压计算管段流量的方法,实例计算结果表明:该方法计算速度快,精度高,灵活性强,明显优于传统方法。