含沉水植物河道水流流速特性研究

在梯形平底水槽中,用塑料草模拟了沉水植物对水流的影响。结果表明:(1)流速不同、相对植物高度不同的情况下,植物对流速的影响是不同的;(2)含沉水植物的水流垂向流速分布曲线存在一条流速分界线,在其上部流速变大,下部流速变小,流速分界线在植物冠层以上,在相对水深h/H=0.3附近;(3)两株植物叶片之间是否有交叉重叠对水流的阻碍作用是有区别的;有交叉重叠时会额外增加水流阻力;在流速分界线以下,叶片有交叉重叠时流速减小幅度较大。     

含柔性沉水植物明渠水流运动特性试验研究

采用激光多普勒流速仪(LDV)试验研究含柔性沉水植物的水流运动。试验结果表明:流速沿垂线分布呈S形,分为3个区域,即植物内部区、过渡区和上部区。植物密度对过渡区内流速影响显著,在该区内,植物密度越大则流速梯度越大。含植物水流的紊动强度和雷诺应力都明显增大,它们在垂线分布上有相似之处,都是在植物顶层的位置上达到最大值,说明在此区域内存在较强的能量交换和剪切作用;二者在植物顶层上部区域随着水深的增加而减小,在植物内部区随着水深的增加而增大。     

沉水植物对河道曼宁系数影响的实验研究

该文在实验室水槽中利用三维声学多普勒流速仪(ADV)和波高仪测定水流流速和波浪高度,以此数据研究了河道水生沉水植物对曼宁系数的影响。实验利用人造植物模拟自然植物,研究结果表明沉水植物对水流结构、阻力特性存在显著影响。在分析曼宁系数的变化规律之后提出了新的半经验方程,用以预测不同植物密度、不同波流条件下曼宁系数的变化。曼宁系数主要和植物密度和水流流速有关,同时受波浪的影响。新的方程对曼宁系数的拟合效果良好。     

有无植物条件下明渠水流紊动特性对比

在可变坡水槽中,模拟了带枝杈植物对明渠水流的干扰作用,借助超声多普勒流速仪(ADV)测量了不同水深下垂线不同测点的瞬时流速,计算了各测点的三维时均流速、脉动强度及雷诺应力等紊动参数,通过与无植物干扰的明渠均匀流紊动特性进行对比,分析植物对水流紊动参数的影响规律。试验结果表明:在有植物明渠水流中,时均流速呈三区分布特征;脉动强度及雷诺应力均在植物顶部附近出现最大值;脉动强度明显增大,在3个方向上趋于接近;可以用植物顶部以上的雷诺应力分布推求摩阻流速。     

滩地植被下复式河槽水流特性试验研究

通过水槽试验探讨了不同植株参数情况下滩地植物对复式河槽流速分布的影响,结果表明：①在缓流和紊流充分发展时,植物产生的阻力与植株参数、水流参数有关;②滩地种树后主槽流速分布复杂,以植物高度为界上下流速分布明显不同,滩区流速总体上服从S形分布;③滩地种植植物后,相对紊动强度曲线出现拐点,其位置与植物高度和柔性有关,整体趋近S形分布。     

掺气对明渠流速分布影响的试验研究

为揭示掺气对明渠流速分布的影响,采用针式掺气流速仪对3种不同掺气形式的水流分布进行测量,分析结果表明:在掺气发展区无论自掺气水流还是强迫掺气水流,其断面垂线流速最大值都在水面以下;各断面相同位置处,强迫掺气水流流速都大于自掺气水流对应的流速;无量纲垂线流速分布曲线都保持类似指数分布规律,在近槽底附近,指数介于6～6.5,而曲线后半支较指数分布平缓.     

柔性植物消浪及沿程阻流特性试验研究

采用聚乙烯仿真绿色植物模拟柔性植物,通过物理模型试验研究了柔性植物对波高和断面流速分布的影响,结果表明:波高消减系数大小与水流速度大小无明显关系;植物出水0.5倍波高时消浪效果最好,水深越大波浪消减效果越差;柔性植物使断面流速在植被上部冠层区域减小,特别是植被带中和植被带下游边缘处,冠层区域流速减小显著;水流通过植被带以后,在植被带下游断面流速垂向分布逐渐恢复至与上游断面一致,但大流速情况下流速恢复较慢;波流共同作用下断面流速的垂向分布与纯流速作用下基本一致,但在波浪作用下断面流速减小区域有下移趋势。     

弯道建坝对纵向流速分布特性的影响

采用U形弯道模型,研究在弯道出口顺直段上建坝及不同坝高对水流纵向流速分布特性的影响。试验结果表明:在弯道上建坝后水流的纵向流速变小,且坝越高流速越小,坝前顺直段流速偏离系数增大;高坝对弯道流速沿程变化规律的影响比低坝大;建坝后弯道水流的流速分布比无坝时更均匀对称;低坝对水流纵向流速在垂线上分布规律的影响不大,高坝会使纵向流速在垂线上的变幅减小。     

矩形水槽中梯形边墩周围流速分布的试验研究

该文利用声学多普勒流速仪ADV,对矩形水槽中梯形边墩周围三维流速进行测量,并对时均流速三个方向分量进行了研究.通过对柱体周围不同垂直面和水平面流速的分析,得出水流由于受到边墩的影响,在柱体上游,行近水流与壁面产生分离,并有涡旋产生.在柱体下游,纵向水流逆向运动,产生回流,横向流速和垂向流速非常小,可以忽略.     

植草河床的垂线流速分布规律试验研究

为分析植草河床的流速垂线分布规律,本文采用室内物理模型和原体天然植物相结合的试验方法,选取东北地区河道滩地常见植被高羊茅,对3种不同流量、2种不同植物密度、3种不同植物高度,共21组工况进行试验分析.试验表明,含植物河床水流垂线流速分布大致呈倒"S"型,按照拐点的分布规律,将垂线流速沿水深分为3个区域,即植物淹没区、过渡区和植物淹没以上区.植物淹没区的垂线流速变化范围较小,过渡区的流速梯度很大,植物淹没以上区逐渐恢复对数分布规律.     

沉水植被群落状态对水流阻力的影响

沉水植被在水流作用下状态会发生改变,进而会对河流生态系统产生一定影响。通过室内水槽模型实验观测了均匀流下沉水植被群落内部各植株的状态,并分析了沉水植被群落状态以及内部植株相对间距对植被群落水流阻力的影响。研究结果表明:在沉水植被群落内部,各个植株的相对刚度各不相同,并且其状态随来流条件变化而改变,对于不同种群的沉水植被群落,在相同水流条件下也可能呈现出不同的状态,当沉水植被群落的植被处于非直立状态时,随着植被从弯曲状态向直立状态转换,水流阻力也在不断增大;植被处于完全刚性状态时,阻力系数则与植被相对刚度无关,仅与水流条件有关,随着流速的增大而减小;沉水植被群落内部植被相对间距不同,其阻水效果也不同,在相同植被状态下,植被相对间距越大,也就是植被带越长,植被阻力越大。     

侧向水流作用下均匀沙休止角变化的试验研究

散体沙动水休止角是表征沙丘、沙洲等散体沙堆积体稳定形态的重要特征参数,在岸坡稳定分析、坝前冲刷漏斗形态研究中有着广泛的应用。采用室内试验的方法研究了侧向水流作用下不同粒径天然均匀散体沙水下休止角的变化规律。结果表明:在水流流速超过泥沙颗粒起动流速后,天然散体沙水下休止角随流速增大而减小,且减小的速度随着流速的进一步增加而更加迅速;相同流速条件下,粗颗粒泥沙的水下休止角大于细颗粒,其对流速变化的敏感度也低于细颗粒。基于侧向水流边坡上泥沙颗粒的受力分析,引入相对流速概念,初步建立了侧向水流作用下均匀散体沙动水休止角计算公式及其简化形式。     

气泡浮子法测量流速的研究

文章研究了温度对不同直径的气泡在水中运动的影响,计算了不同流态、不同形状的气泡在不同温度中上升的最终速度,并进行了气泡上升速度对温度的敏感性分析。通过实验验证了气泡在静水中运动规律,给出了测量流速的气泡发生器装置图以及气泡发生器产生的适宜的气流和出气针头。测定了不同直径下气泡上升的最终速度并与理论值进行了比较,结果表明：在4mm以下和理论分析结果比较吻合,建议实际测量时气泡直径最好控制在4mm以下。     

HYDRAULIC RESISTANCE OF SUBMERGED VEGETATION RELATED TO EFFECTIVE HEIGHT

Submerged vegetation has a significant impact on water flow velocity. Current investigations include the impact through adding drag resistance and increasing bottom roughness coefficient, which cannot elucidate the characters of real submerged vegetation. To evaluate the effects of submerged vegetation on water currents at different velocities, a laboratory experiment was conducted using three kinds of vegetations. The effective heights of these vegetations on varying flow velocities were evaluated. An equation describing the relationship between the normalized resistance of the submerged plants and the Reynolds number based on the plant effective height was then established and used to calculate the hydraulic resistance parameters of submerged plants in different stages of growth.     

Experimental study of flow field in interference area between impeller and guide vane of axial flow pump

Axial flow pump is a kind of typical pumps with rotor-stator interaction, thus the measurement of the flow field between impeller and guide vane would facilitate the study of the internal rotor-stator interaction mechanism. Through a structural modification of a traditional axial flow pump, the requirements of particle image velocimetry（PIV） measurement are met. Under the condition of opt.0.8Q, the axial vortex is identified between impeller hub and guide vane hub, which is developed into the main flow and to affect the movement when the relative positions of impeller and guide vane at different flow rates are the same. Besides, the development and the dissipation of the tip leakage and the passage vortex in impeller passages are mainly responsible for the difference of the flow field close to the outer rim. As the flow rate decreases, the distribution of the meridional velocities at the impeller outlet becomes more non-uniform and the radial velocity component keeps increasing. The PIV measurement results under the condition of opt.1.0Q indicate that the flow separation and the trailing vortex at the trailing edge of a blade are likely to result in a velocity sudden change in this area, which would dramatically destroy the continuity of the flow field. Moreover, the radial direction of the flow between impeller and guide vane on the measurement plane does not always point from hub to rim. For a certain position, the direction is just from rim to hub, as is affected by the location of the intersection line of the shooting section and the impeller blade on the impeller as well as the angle between the intersection line and the rotating shaft.     

Effects of hydropeaking on benthic invertebrate community composition in two central Norwegian rivers

Hydropower regulations can have dramatic impacts on river ecological communities. The operation of hydropower stations is related to power demands, but their releases in the receiving water body causes sudden changes in flow, which in turn affect the biota. The effects of such flow variations on benthic invertebrates is not fully understood. Here, we studied the effects of duration and intensity of hydropeaking on benthic invertebrates in two rivers over a 3.5‐year period. We used both quantitative (Surber) and semiquantitative (kick samples) sampling methods to compare the ramping zone with the permanently water covered zone downstream of the hydropower plant, and with corresponding unaffected upstream areas. The ramping zone had a different invertebrate community composition and lower benthic density than other areas, especially after hydropeaking. Mayflies and chironomids were most negatively affected by hydropeaking and oligochaetes largely unaffected. Chironomids and the mayfly Baetis rhodani were able to recolonize the ramping zone and almost reach densities similar to deeper areas within 48 days following hydropeaking. The relative abundance of filter feeders tended to increase and gatherers/collectors tended to decrease from the ramping zone towards the deep, permanently water covered areas. In corresponding areas upstream of the power plant, the relative abundance of different functional feeding groups was the same in the mid‐channel and shore sites. Our study shows that hydropeaking has clear impacts on the functional structure of benthic invertebrates below the power plants. The ecological impact of hydropeaking on invertebrate communities should thus be taken into account, for example, by reducing the amplitude and duration of flow fluctuations.     

堆积体对上游附近河道三维流速分布影响的试验研究

堆积体的存在易对河道的水流流速产生影响。通过水槽试验,采用ADV观测堆积体附近的三维流速。通过控制流量大小,研究堆积体作用下河道三维流速沿堆积体上游临近横断面的分布规律。试验结果表明:①流量相同时,流速受堆积体形态影响。离河床越近,三维流速沿横断面的分布曲线:顺水流方向流速u的趋势线越陡,指向右岸一侧流速v和垂直河床向下流速w的峰值越向堆积体在横断面的投影线靠近。v由天然情况下趋于0的直线变成离河床越近,流速峰值越大,两岸流速越小的下抛物线。w在河床附近,曲线呈“勺子”形态,远离河床,曲线失去“勺子”形态。②随着流量增加,同一流层上,u流速增大,流速沿横向的分布越不均匀,曲线越陡。u流速方向和v流速方向的夹角θ,在离左岸(堆积体一侧)大约1/2堆积体半径时取得最小值。离左岸越远θ值越大,直至离左岸45 cm后θ才恢复天然值90°。研究成果可为河流防护和治理工作提供技术支撑。     

台阶式溢洪道相对流速和相对消能水头的关系

流速和消能水头是重要的水力参数,但在台阶式溢洪道中尚无系统研究成果。将台阶式溢洪道流速、消能水头与对应光滑溢洪道流速、消能水头对比,引入相对流速、相对消能水头的概念。通过对0.5,1.0,2.0 m 3种不同台阶高度,38.66°坡度的台阶式溢洪道进行试验研究,探讨了流速、消能水头,相对流速、相对消能水头之间的关系。结果表明:非均匀流流态下流速、消能水头呈曲线关系,不便分析应用;相对流速和相对消能水头表现出良好线性关系,相关系数0.973 7~0.995 9,证实了引入相对流速、相对消能水头的必要性。     

一维多孔介质中气体渗流与多相气固反应分析

考虑到气体的压缩性，按渗流力学给出了多孔介质中的非均匀流场，并进一步研究多孔介质内的多相气固反应和传输。与不可压缩气体对流、反应、扩散的比较表明，两种流动的孔隙压力分布差别很小，但渗流速度的差别却较大。由于小的速度差会引起Peclet数的大的差别，最终引起气体浓度的较大差别，因而有必要考虑气体的压缩性。人口处的流速与多孔介质内由于气体膨胀产生的附加速度是有实质差别的两种对流，前者使气体浓度上升，后者使其浓度下降。对流对反应气体和产物气体传输的影响不同，但这仅是表面现象的不同，对流的本质不变。对颗粒堆积的多孔介质，颗粒半径和孔隙率越小，以Mach数作为判别气体压缩性是否可以忽略的指标就越不合理。因此对多孔介质中的气体流动，应该用压降作指标判别是否可以忽略气体的压缩性。