新型独立互补式风力发电与管道发电智能水塔系统

针对目前大部分地区水塔采用当地电网供能、电能消耗巨大的情况,结合水塔高处风资源与水重力势能互补等优势,介绍此种新型独立互补式风力发电与管道发电智能水塔系统的工作原理和运行方式。该系统通过将不平稳可再生能源转换成平稳持续能源以替代传统化石能源供电、构建分布式电源,通过仿真分析及模型试验得出其独立性佳、稳定性好、经济节约、节能减排等优点。最后结合具体数据和实验分析证明了使用该系统能够大幅度降低小型居民区和工业区日常能耗的结论,同时为我国偏远地区、岛礁、梯田以及军区建设提供新思路。     

管道汇流口局部阻力试验研究

通过试验研究并结合水动力学原理，在分析汇流口独特水力特性及能量损失机理的基础上，提出了适用于任意角度汇流管路分析计算的局部能量损失系数的普遍表达式。分析了交汇角、流量比(支管流量／合流量)及面积比(支管面积／主管面积)等因素的影响规律，并对各影响因素进行了分析比较。研究结果表明，管道汇流口水流的局部能量损失，必须考虑汇入断面上支流沿下游主流方向的动量分量和主支流间相互掺混引起的附加摩擦阻力的影响。局部能量损失系数随交汇角、流量比增加而增加。当流量比较小时支流的局部水头损失系数出现负值，而当流量比较大时主流的局部水头损失系数出现负值。分离区内外压强差随交汇角增大而增大，随流量比的增大先增大后减小。     

感潮河段盐水入侵的水质模型

盐潮入侵严重影响内河水质。盐度的纵向分布受制于上游径流和海洋潮汐，其水动力学特性非常复杂。数值求解不恒定盐度入侵，主要困难在于对流占优时对纯对流算子的恰当处理，否则将会产生严重的数值耗散和伪振荡等非物理效应。考虑到强混合型河口潮汐的特点，本文采用同步不同格式对盐潮入侵问题的流场及浓度场进行了数值计算。采用欧拉—拉格朗日混合解法（ELM），将对流—扩散方程中的扩散项和对流项分裂求解，应用高精度时间序列插值的特征差分隐格式求解对流项，扩散项采用传统的有限差分法。在汊口处，将描述河网汊口水质变化的三维对流扩散方程在汊口控制体积积分，变量间的插值分布采用Panankar提出的幂函数，得到新的汊口离散方程。计算与实测结果比较表明，本文提出的方法有效可行。     

城市雨洪排水管道中固液两相流模型

针对城市排水系统中固废物的输运及沉积机理进行了研究。根据固废物在管道中的输运特征及力学分析,提出了城市排水系统中固废物输运的固-液两相流模型。进一步,针对影响固废物输运的各种控制因素进行了数值分析,确立各影响因素间的相互关系,并建立起预测模型。研究结果揭示了固废物在排水系统中的输运机理,这对排水管道设计具有重要的指导意义。     

河床与水体热交换的数值计算

在任意一个完整的热力模型中，河床与水体的热交换是一个很重要的热力因素，特别是对于封冻河道，以及水深较浅且温度昼夜变化较大的河道．本文提出了数值求解非稳态导热微分方程的数值模型，并与量测资料进行比较，结果表明数值模型能准确地模拟水体与河床的热交换．     

寒区水塘冰温度应力原型观测及分析

冰体内温度应力引起的膨胀压力可导致结构物不同程度的破坏,其值是寒区水工建筑物的关键设计参数。为探究静冰温度应力的时空分布特性,采用原型观测研究手段,结合理论分析及计算,以黑龙江省大庆市青花湖6号水塘为研究对象,对水塘淡水冰层内部温度场和应力场进行了观测及分析。结果表明:冰温变化主要取决于上部气温的波动情况,表层冰温与气温呈良好的线性关系,且斜率在0.38~0.56;深度30 cm以上的冰温对气温变化的响应较为敏感,30 cm以下的冰温沿垂向基本呈线性分布;基于冰的Bergdahl粘弹性本构关系提出了一种冰温度应力计算模型,并结合实测数据回归分析确定模型中的参数,参数的拟合值明显依赖于测点位置;温度应力模型计算结果与观测结果吻合良好;从距离侧边挡墙较远的测点1到较近的测点4,随着周边围岸约束作用的增强,整体冰应力水平呈递增趋势;冰应力沿垂向呈非单调分布,即冰层表面产生的应力稍小,最大应力值出现在冰深10 cm~30 cm处,其下随深度逐渐减小,且冰应力只在0.7 m以内的冰层上部产生。     

武开河的边界约束判别准则

根据封冻河道春季冰盖破裂机理,采用弯曲河道边界约束概念,提出可用于预测武开河发生的判别准则,并对其适用性进行了论证。应用黄河河曲段1985~1994年的原型观测资料对该判别准则进行验证,结果表明该准则可以较好地用于河道武开河的判别。     

数字粒子图像处理技术及其在明渠交汇试验研究中流速测量的应用

为了克服传统的点测量方法无法获取明渠交汇口非恒定流场同部信息的缺陷，本文应用DPIV(Digital Particle Image Velocimetry)数字粒子测速技术对明渠交汇口流场进行了实验研究。试验结果表明，对于给定交汇口形状及尺寸，分离区的大小主要随主支渠水流的流量比发生变化，但其形状基本保持不变。说明DPIV测速方法可直观完整地测量非恒定流动，且运算速度快，是研究复杂流场的有效工具。     

冰情影响河段测流方法研究

正确确定河道流量对于研究寒冷地区冬季河渠道的冰情具有重要意义．对于渠底坡度一定的冰情影响河道，即使流量一定，流动阻力增加引起水深增加，导致敞流期量测得到的水位～流量关系改变，需要重新考虑测流垂线上测点选择．为了减少量测时间、成本及恶劣天气条件下工作不便，通常并不细测垂线流速分布，而只施测少数几个点，同时利用垂向测点流速和平均流速之间关系估计平均流速．测点选择不当往往造成很大误差．本文在传统二点测流法基础上，推导得到用于确定垂线平均流速的任意二点测流法，并应用原型观测资料进行了验证。     

圆形断面排水管道水力特性探讨

圆形断面管道在工程中的应用十分广泛。排水管道设计中,常需要计算某一充满度下非满流的流量及流速。根据水动力学基本原理及数学分析方法,提出了充满度与流量比、流速比的统一解析表达式,并对圆形断面管道流独特的水力特性进行了研究分析。采用试验手段,进一步对圆形断面管道无压均匀流流量—充满度的非单一性、水深—流速关系进行了分析研究,进而提出了更为合理的表达式。