水体大气复氧系数计算公式研究综述

水体中溶解氧的含量是表征水体生态功能的重要指标和控制性因素,其主要来源是大气复氧,因此水体大气复氧机理和影响因素是水体生态环境研究的重要课题,目前主要集中于水体大气复氧系数计算方面。本文通过对水体大气复氧系数计算公式的研究进行总结,概括了水体大气复氧系数计算方程的基本形式,并指出了它们的应用条件和存在问题。以期为今后其他学者研究水体大气复氧提供依据。     

生物膜泥沙床面对水体紊动影响的实验研究

泥沙床面生长生物膜后水流紊动特性将发生变化,进一步影响到泥沙的起动,悬浮和输移特性。本文采用d500.1 mm的天然沙,对相同水流条件下无生物膜生长和有生物膜生长床面以上的水流内部结构进行研究。实验中采用多普勒声学流速仪(ADV)测量了垂向流速,对比分析了生物膜生长前后,时均流速、雷诺应力、紊动强度以及紊动猝发事件在垂向上的变化,并初步分析了这些变化对泥沙运动的影响。结果表明:生物膜生长后,同流量条件下的垂向平均流速增加,床面阻力减小;对比无膜沙床面,有膜沙床面在发生冲刷的水力条件下,雷诺应力、紊动强度均有所减小,从而会影响到悬沙的浓度分布;同时猝发事件发生率在垂向上的变化也使得生物膜泥沙床面的泥沙起动更加困难。     

低含沙水流紊动结构的实验研究

本文用MicroADV对低含沙水流的紊动结构进行了较为系统的研究，在不同的粒径下，泥沙颗粒对流体流动结构的改变不一致；同样地，相同的粒径在不同的水流条件下，对流动结构的改变也不一样。     

紊动促进过饱和总溶解气体释放研究

总溶解气体(Total Dissolved Gas,简称“TDG”)过饱和可能直接导致鱼类和水中生物患有“气泡病”甚至死亡。文章为解决该问题开展研究。实验结果表明,在紊动的系列条件下,紊动能促进过饱和总溶解气体的释放,转速和温度对过饱和TDG释放起促进作用,而水深对其起抑制作用。研究还获得过饱和TDG释放系数(释放速率)分别与水深、转速和温度的关系表达式,以及紊动因素对过饱和TDG的影响大小为K_TDG,n>K_TDG,T>K_TDG,H。该研究成果是一种减缓过饱和TDG危害的方法,为探讨减缓过饱和TDG不利影响的措施提供科学指导和依据。     

坡面流流速分布及紊动特性实验研究

该文利用粒子图像测速方法(PIV)对光滑床面条件下水深为3～7mm的坡面流流场进行了详细测量,并将分析结果与普通明渠流进行了系统对比。尽管坡面流的水深已达到毫米量级,但仍可以将其流态区分为层流、过渡流和紊流。坡面流条件下的流速呈抛物线或对数分布,当处于过渡区时,流速分布仍符合对数律,但其积分常数随雷诺数的增大而减小。与普通明渠流相比,坡面流的紊流内区范围偏大,当雷诺数较低时,水流黏性的影响可扩大至整个水层。受极浅水深的影响,坡面流的紊动强度在垂向上偏小,而在纵向上则明显偏大。     

潮流紊动特性试验研究

开展潮流的紊动特性研究,对于了解潮汐水域泥沙及污染物输运机理、保护生态环境具有重要意义。本文通过水槽试验系统全面地研究了潮位正弦变化的往复流紊动特性随潮变化规律,以100 Hz的高采样频率连续采集主流区测点三维瞬时流速,根据移动平均法及最小二乘原理计算时均流速过程曲线,据此分析了紊动强度及雷诺切应力随潮变化规律、特征潮时概率密度分布与正态分布的差异,以及脉动流速的紊动能谱。研究结果表明,水流纵向流速随潮近似于正弦规律变化;纵向、横向与垂向的相对紊动强度在转潮阶段出现峰值;涨急与落急时段,与纵向脉动流速相关的雷诺切应力相对较大,纵向与垂向脉动流速概率密度分布偏离正态分布;特征潮时的脉动能谱密度均随频率增大而减小,水流能量主要集中在10 Hz以内。     

ADV技术测量圆射流流场紊动特性实验

利用ＡＤＶ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｅｒ）技术对静止条件下圆射流流场紊动特性进行了研究。通过专门的ＷｉｎＡＤＶ系统分析软件获得了射流横断面上流速的紊动强度，偏斜度、平坦度及雷诺应力的分析，轴线流速紊动强度的变化和射流瞬时速度变化等紊动特性，并将所得成果与已有的国内外成果进行了比较。     

水体紊动对黏性泥沙絮凝影响研究

紊动水流中黏性泥沙絮凝沉降对河口海岸黏性泥沙输送过程起着十分重要的作用。建立了均匀各向同性紊流中黏性泥沙絮凝沉降的三维格子玻尔兹曼数学模型,模拟不同紊动剪切率对黏性泥沙絮凝过程的影响。模拟结果表明:随着紊动剪切率的增加,计算区域内絮团形成所需的时间先减少后增加,黏性泥沙沉降速度也呈现先减小后增大的趋势,剪切率的转折点在200s-1左右,与已有观测结果一致。模拟结果反映了低强度水体紊动对絮凝有促进作用而高强度水体紊动对絮凝有抑制作用。     

挟沙水流紊动扩散系数的研究

本文通过理论分析，得到剪切紊流中紊动粘性系数υt(紊动扩散系数)沿水深服从F-分布，用于计算悬移质含沙量沿垂线分布与Rouse公式、张红武公式一致，规律符合实际，可用之于紊流计算与分析.     

界面裂纹对混凝土氯离子扩散系数的影响

将混凝土看成是一种由骨料、界面和水泥石基体所组成的三相复合材料,平行界面裂纹位于骨料表面,据此构建出圆形单元细胞模型,并采用推进前沿法尽可能准确地剖分单元细胞,然后应用有限元法获得混凝土氯离子扩散系数的数值解。通过与已有实验结果的比较,初步验证了文中数值方法的有效性,并定量评价了混凝土细观结构对氯离子扩散系数的影响。数值计算表明,混凝土氯离子扩散系数随裂纹张开角、界面厚度的增大而增大,但随着骨料直径的增大而减小,且骨料级配对混凝土氯离子扩散系数有很大的影响。     

明渠中掺气水流紊流流动规律

本文利用变密度变粘度流体在明渠中紊流流动时的运动微分方程式，研究了明渠中掺气水流紊流流动规律，得出，明渠中的掺气紊流不能在相同条件下增大明渠水流量，即不能实现有效的减阻。文中提出了密度紊动应力、粘度紊动应力、流量增加率等概念。     

Experimental study on discharge coefficient of a gear-shaped weir

This study focused on hydraulic characteristics around a gear-shaped weir in a straight channel. Systematic experiments were carried out for weirs with two different gear heights and eight groups of geometrical parameters. The impacts of various geometrical parameters of gear-shaped weirs on the discharge capacity were investigated. The following conclusions are drawn from the experimental study: (1) The discharge coefficient ($m_{\mathrm{c}}$) was influenced by the size of the gear: at a constant discharge, the weir with larger values of a/b (a is the width of the gear, and b is the width between the two neighboring gears) and a/c (c is the height of the gear) had a smaller value of $m_{\mathrm{c}}$. The discharge capacity of the gear-shaped weir was influenced by the water depth in the weir. (2) For type C1 with a gear height of 0.01 m, when the discharge was less than 60 m³/h and $H_{\mathrm{1}}/P$ < 1.0 ($H_{\mathrm{1}}$ is the water depth at the low weir crest, and P is the weir height), $m_{\mathrm{c}}$ significantly increased with the discharge and $H_{\mathrm{1}}/P$; with further increases of the discharge and $H_{\mathrm{1}}/P$, $m_{\mathrm{c}}$ showed insignificant decreases and fluctuated within small ranges. For type C2 with a gear height of 0.02 m, when the discharge was less than 60 m³/h and $H_{\mathrm{1}}/P$ < 1.0, $m_{\mathrm{c}}$ significantly increased with the discharge and $H_{\mathrm{1}}/P$; when the discharge was larger than 60 m³/h and $H_{\mathrm{1}}/P$ > 1.0, $m_{\mathrm{c}}$ slowly decreased with the increases of the discharge and $H_{\mathrm{1}}/P$ for $a/b$ ≤ 1.0 and $a/c$ ≤ 1.0, and slowly increased with the discharge and $H_{\mathrm{1}}/P$ for $a/b$ > 1.0 and $a/c$ > 1.0. (3) A formula of $m_{\mathrm{c}}$ for gear-shaped weirs was established based on the principle of weir flow, with consideration of the water depth in the weir, the weir height and width, and the height of the gear.     

圆端形桥墩侧向紊流宽度的试验研究

在水槽中进行概化试验,采用三维声学多普勒测速仪(ADV)测量圆端形桥墩周围三维流场及紊动强度分布.分析有桥墩时的紊流强度垂向分布及有、无桥墩时紊流强度比值的横向分布变化,分析结果表明,垂线上紊流强度最大位置在0～0.2 h与0.8h～1.0h两个区间,桥墩对紊流强度的变化影响存在极值,极值大小和出现位置与流速有关,流速越大,极值越大,且极值位置与桥墩的距离也越大.根据极值出现位置离桥墩距离确定紊流宽度,给出了桥墩紊流宽度与弗汝德数的关系.     

曝气对过饱和溶解氧消散过程影响的试验研究

为了促进曝气技术在减缓过饱和溶解氧(DO)影响中的应用,设计开展了无曝气工况和曝气工况下的过饱和DO释放试验,研究了曝气对过饱和DO消散过程的影响规律,分析了不同曝气条件下过饱和DO的释放过程和释放系数。试验结果表明,曝气能显著促进过饱和DO的消散,曝气工况下DO饱和度从170%左右消散至105%左右所需时间均小于11 min,而无曝气工况下所需时间最少为240 min;过饱和DO释放系数随曝气量的增大而增大,随曝气水深的增大而减小,与曝气孔径呈现较强的负相关幂函数关系。根据曝气对过饱和DO的释放规律建立了过饱和DO释放系数与曝气条件的定量关系,通过量纲分析建立了过饱和DO释放系数与曝气条件、模型尺寸、流体参数之间的定量关系,两种定量关系中,后者的均方根误差和平均绝对误差较小、相关系数较高,且参数较易获取,因此实用性更好。     

管道高浓度泥浆阻力系数的试验研究

选择典型堤防淤筑工程与典型管道泥浆输送施工设备，采用现场观测对泥浆管道阻力系数进行了试验研究。作者利用实测管道压力、流量、含沙量等数据对高含沙水流阻力特性进行分析，取得了在管道粗糙过渡区泥浆沿程阻力系数受Re数、含沙量影响的基本认识，进一步给出了常规条件下沿程阻力系数与综合泥浆因子间相关关系及计算方法。同时还对典型管道泥浆局部阻力也进行了分析研究，提出了在考虑水流强度、泥沙因子的条件下泥浆局部阻力系数的确定方法。研究成果可供泥浆管道水力设计与泥浆管道施工定额编制时参考使用。     

弯管局部阻力系数的试验研究

本文以重要形变件——弯管局部阻力系数的研究成果为例，说明现有形变件局部阻力系数取值存在的问题及开展局部阻力系数研究的紧迫性。文章论述了形变件模型试验的相似性、局部阻力系数的测量定义；讨论了弯管局部阻力系数的影响因素及其影响规律；指出局部阻力系数可以在远低于沿程摩擦阻力系数“阻力平方区”的雷诺数时趋于恒定值；解释了管内壁粗糙度影响弯管局部阻力系数的原因；推荐了常用的圆弧弯管、多片组合弯管(虾米弯)局部阻力系数经验公式。文中所提出的有关数据、曲线和经验公式已经技术鉴定，可直接在指明的水力条件下使用。     

开孔促淤板周围水流紊动特性试验研究

为深入了解开孔促淤板周围的水流特性,通过室内概化水槽试验分析了开孔促淤板前后的水流紊动特性,采用声学多普勒流速仪(ADV)测量了开孔促淤板前后典型断面上的三维瞬时流速,分析了典型断面上的时均流速、紊动强度、雷诺切应力和紊动能的分布规律。试验结果表明:板后近板区出现回流区,且回流区与开孔促淤板格栅位置相对应;板后水流相对紊动强度、雷诺切应力及相对紊动能明显大于板前,开孔促淤板对板后近板区水流影响较大;随着与开孔促淤板距离的增大,回流现象消失,流速变化趋于稳定,水流相对紊动强度减小且最终趋于稳定,相对紊动能出现折减且折减率逐渐降低;靠近近板区xOy面雷诺切应力大于yOz面雷诺切应力,靠近下游xOy面雷诺切应力与yOz面雷诺切应力相差较小。     

Experimental study on the effects of sediment size and porosity on contaminant adsorption/desorption and interfacial diffusion characteristics

The joint effects of the sediment size and porosity on the contaminant adsorption/desorption and interfacial diffusion characteristics were experimentally investigated. The adsorption of Phosphorus (P) on the natural and artificial sediment suspensions was measured with respect to the P adsorption isotherms and kinetics in the experiment. The obtained adsorption isotherms for different grain-sized sediment suspensions fit well with the Langmuir equation, dependent on the initial aqueous concentration and sediment content. The P kinetic adsorption behaviors for cohesive fine-grained and non-cohesive coarse-grained sediment suspensions clearly show the size-dependent feature. On the other hand, the P kinetic release feature of a porous sediment layer is affected by not only the direct desorption of the uppermost sediments, but also the diffusivity in the pore-water within the underlying sediment layer, characterized by the sediment size and porosity, respectively. Furthermore, the temporal contaminant release from the permeable sediment layer into the overlying water column increases with the increasing flow velocity, while this enhancement in mediating the interfacial diffusion flux is somewhat insignificant in an immediate release stage, largely due to the resistance of the diffusive boundary layer on the hydrodynamic disturbance.     

泄水涵洞中平板闸门流量系数的试验研究

通过对有平板闸门泄水涵洞的水流进行了试验,对涵洞关键点的压强、流量以及闸后收 缩水深进行测量,对相应各点的水头损失进行了计算,对试验数据进行了分析,得出了涵洞中闸 后收缩水深的拟合计算式,最后分析得出了涵洞中平板闸门的流量系数。结果表明了涵洞中的闸 门流量系数主要与涵洞前水库水深和涵洞的高度有关,其值比堰顶的流量系数大,比管嘴出流的 流量系数小。