静止浅水环境中二维铅垂掺气射流的试验研究

对静止均匀浅水域中的铅垂掺气射流进行了试验研究。探讨了掺气浓度对水面最大隆起高度的影响；多种工况的研究成果表明水面隆起高度分布具有自相似性。并给出了统一的表达式；当掺气浓度小于30%时，最大隆起高度随着掺气量增加而增大，当大于30%时。其值基本趋于常数，借助于三维测速仪。得到了射流中心剖面的流场，与纯射流的流场对比表明：水气两相流具有减小射流涡量的作用。有趣地发现，在掺气射流中线性存在着正负相间的涡街。     

静止浅水环境中水平圆形浮力射流稳定性的数值研究

给出描述考虑浮力效应的热污水水平圆形浮力射流的数学模型，采用Balasubra-manian等（1978）的实验资料进行检验，计算结果和实验资料的吻合证明了模型和方法的有效性。在此基础上给出静止环境中水平圆形浮力射流稳定性的条件和表面最小稀释度的经验公式。     

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。     

横流中单圆孔紊动射流计算与特性分析

给出了横流中单圆孔紊动射流的数学模型，采用k-ε紊流模式来封闭模型，运用壁函数处理近壁面的流动.对不同流速比的流动，结合混合有限分析法及交错网格进行了计算，其结果与试验资料吻合较好，进而给出了该类流动的特性，有趣地发现在这类流动中存在着分叉现象和马蹄涡结构     

ADV技术测量圆射流流场紊动特性实验

利用 ADV(Acoustic Doppler Velocimeter)技术对静止环境条件下圆射流流场紊动特性进行了研究 .通过专门的 Win ADV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布 ,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     

含有紊动黏性项浅水方程的数值求解

紊动黏性项对水流方程数值求解的稳定性至关重要.采用基于无结构网格的有限体积法对方程进行离散,对流项的界面通量采用Roe格式的近似Riemann解计算,紊动黏性项采用单元交界面的平均值估算,底坡源项则采用特征分解法处理.应用该模式模拟了圆柱绕流,模拟结果与实际情形较相符.对港珠澳大桥的海中人工岛水域的潮流运动进行了有效模拟,结果表明该模式能够较好地模拟出水建筑物附近水域复杂的水流结构.     

淹没紊动射流三维流场特性的数值模拟

采用RNGk-ε紊流模型对有限空间的单孔、双孔紊动射流的流场进行了三维数值模拟研究。研究结果表明:无论入流条件如何变化,经无量纲处理后的轴线流速分布曲线几乎都落在同一条无量纲速度分布曲线上,说明流动存在相似性。双孔射流时,流场存在分区结构,在不同的喷嘴间距下,射流的卷吸程度不同,S/D越大,射流之间的卷吸掺混作用越弱。     

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。     

紊动水体表面传质系数的实验研究

本文根据紊动扩散理论及气液界面质量传递过程，提出了紊动水体复氧过程的概化模型。在对紊动水体复氧过程的研究中，采用了将由分子扩散引起的氧传递和由紊动扩散引起的氧传递分别进行研究的新方法。根据在紊动诱发实验装置内进行的大量复氧实验及理论分析，分别确定了无紊动和不同紊动强度下的表面传质系数，并建立了表面传质系数与紊动动能之间的定量关系式。这一关系充分考虑了表面紊动动能对复氧的影响，对于研究紊动复氧水体表面传质系数、复氧过程及水体内溶解氧浓度的分布具有重要意义。     

不规则波作用下垂向圆管射流的试验研究

利用三维超声波测速仪(ADV)对不规则波作用下垂向圆管射流的流场进行了测量.通过与静水条件下圆管射流流场的比较,发现在不规则波作用下射流轴线速度明显减小、射流范围相应增大、周围水体对射流的稀释能力也明显增强;随着波浪强度的增大,射流紊动强度有所加强,而峰值位置则逐渐前移.本文采用因次分析方法对试验数据进行了分析,通过引入长度尺度lm将波浪作用下的射流划分成三个区域:z/lm≤0.1为射流主导段;0.11为波浪主导段.通过对试验数据的曲线拟合,建立了各个区域段内射流轴线流速和射流宽度的经验公式.     

不规则波作用下垂向圆管浮射流的试验研究

在不规则波作用下垂向圆管非浮射流试验研究的基础上,进一步对相同条件下垂向圆管浮射流的水动力特性进行试验研究.通过对比不同波浪条件下平均流速场和浓度场的变化,发现随着波浪作用的增强,浮射流轴线速度明显减小,其影响范围相应增大,周围水体对浮射流的稀释能力亦明显增强;通过引入特征速度和新定义的特征长度,拟合得到了不规则波作用下浮射流轴线流速、射流宽度以及轴线稀释度等一系列的经验公式,它们可为将来的工程应用、试验对比以及数值模拟提供重要的试验参考.     

不规则波作用下垂向圆管浮射流的试验研究

本文在已完成的不规则波作用下垂向圆管非浮射流试验研究的基础上，进一步对相同条件下垂向圆管浮射流的水动力特性进行试验研究。通过对比不同波浪条件下平均流速场和浓度场的变化，发现随着波浪作用的增强，浮射流轴线速度明显减小，其影响范围相应增大，周围水体对浮射流的稀释能力亦明显增强；通过引入特征速度和新定义的特征长度，拟合得到了不规则波作用下浮射流轴线流速，射流宽度以及轴线稀释度等一系列的经验公式，它们可为将来的工程应用、试验对比以及数值模拟提供重要的试验参考。     

簧阀阻断式脉冲磨料射流破岩的试验研究

为了充分利用井底水力能量提高钻速,提出了井下调制簧阀阻断式脉冲磨料射流钻井技术。模拟分析了簧阀阻断式脉冲磨料射流钻井工具的内部流场,确认了采用簧阀阻断式机构调制脉冲射流的原理可行。研制了簧阀阻断式脉冲磨料射流的原理样机,纯水射流的试验测试结果表明,簧阀阻断式脉冲射流破岩性能明显优于连续射流;基于正交试验法,优选确定了原理样机的结构参数,进而引入磨料,调制形成脉冲磨料射流。脉冲磨料射流破岩试验结果表明,岩石破碎孔的深度随着泵压增大而增大,而随着磨料浓度和喷距的增大,则先增大后逐渐减小,存在最优值。研究结果证实了井下调制簧阀阻断式脉冲磨料射流钻井方法的原理可行,可为实际技术发展提供依据。     

高速淹没冲击射流的压强特性

在试验室中研究了高速淹没射流对挡板的冲击压强特性。射流出流速度为10．36m／s～53．86m／s、厚度为3cm。测得最大时均冲击压强沿射流流程的变化规律以及挡板上的时均冲击压强的分布特性及扩散宽度。试验结果表明：在高流速范围内,挡板上的最大时均无量纲冲击压强与无量纲射流流程的平方根之间存在良好的直线关系。当射流流程大于80倍出流厚度时,淹没射流产生的冲击压强可以忽略。挡板上的时均压强分布存在较好的自模性,近似符合高斯分布。最后给出了挡板冲击区宽度的定量描述。     

横流环境中射流的数值研究

本文采用标准的k-ε模型及混合有限分析法对均匀横流环境中的铅直圆形射流进行了(射流比0.5～8)数值分析。所得射流轨迹线与实验资料吻合良好，且与理论分析得出了各种射流比(射流出流速度与横流速度之比)情况下的射流轨迹线、对称面上的内外边界线的统一数学表达式，得出了水平面上示踪质影响的最大宽度、射流横断面浓度最大值偏离射流中心值与射流比的关系式，还得出了射流是否发生附壁及产生分叉现象的界限值。文中数值结果清晰地显示射流背流面存在马蹄形的流动结构。     

静水条件下垂直圆管负浮力射流的数值模拟

建立了静水条件下垂直圆管负浮力射流的三维水动力数学模型和物理模型,两者的无量纲垂向速度吻合较好;对静水条件下垂直圆管负浮力射流的水动力特性进行了研究。结果表明：随着射流初始速度的增加,射流初始密度和喷口直径的减小,射流最大上升高度和稳态高度均增加。射流初始速度和射流初始密度对最大上升高度时刻中轴线垂向速度衰减早晚和衰减率的影响不大;随着射流初始密度的增加,稳态高度时刻的射流中轴线上垂向速度衰减较晚,衰减率增加;射流量一定时,随着喷口直径的增加,最大上升高度时刻和稳态高度时刻射流中轴线上垂向流速衰减较早,衰减率减小。分别建立了密度弗劳德数表达的无量纲最大上升高度和稳态高度线性关系式;本研究中射流最大上升高度和稳态高度比值趋近于常数1.52,与密度弗劳德数基本无关。研究结果可以为静水条件下垂直圆管负浮力射流的设计和工程应用提供一定的参考依据。     

不同入射角浅俯淹没射流水力特性试验研究

该文设计不同入射角的浅俯淹没射流,对水垫塘中轴面二维流场的水力特性开展试验研究,得到了不同入射角的底板动水压强分布规律和淹没射流区及贴壁射流区的最大流速沿程分布,滞点及其最大底板动水压强和最大近底流速与入射角间的关系式。研究结果表明,不同入射角的浅俯淹没射流作用在底板上的动水压强,尤其在冲击区半扩展长度范围,具有相似的分布规律。入射角大于25°时,淹没射流沿入射角直线扩散;入射角小于25°时,淹没射流主体段在下游漩滚挤压作用下向上游偏转,动水压强最大的冲击滞点偏向上游。