冲泻区形态动力学耦合模型研究Ⅱ:模型建立与验证

利用已建立的分段输沙率公式和实验数据,基于一维非线性浅水方程和床面变形方程,考虑两类共6种输沙率公式,增加床面剪切应力和渗流源项,建立适用于冲泻区水沙动力特性的岸滩形态动力学耦合模型。采用典型算例对模型可靠性进行了数值验证,结果表明,耦合模型中采用TVD-WAF格式和分段输沙率公式在计算形态变化时取得了较好的数值精度。进一步模拟了冲泻区内岸滩形态的变化特征,计算得到的水深、岸线轨迹和岸滩剖面变化结果与实验结果吻合较好,并讨论了不同摩阻系数和有无渗流对岸滩形态的影响规律,结果表明冲泻区形态动力学模型不能忽略床面摩阻和渗流的影响,本研究提出的分段输沙率公式适应于冲泻区的泥沙输运研究。     

开孔桥墩墩后水动力特性PIV试验

为探讨桥墩上设置开孔对墩后水流结构的影响,采用粒子图像测试技术(PIV)对矩形开孔桥墩墩后的水平面和立面流场进行了测量,并对墩后的水流结构进行了分析。结果表明:矩形开孔桥墩能够改变开孔位置所在水深处尾流的运动规律,贯穿方孔的高速水流与墩侧绕流以及墩后低速区水流形成强烈的剪切作用,抑制了大尺度旋涡的发展与运动,并且切断了墩后底部水流的上升运动轨迹;墩后瞬时流场存在周期性的运动规律,具有高度间歇特性。     

分形理论在海滩剖面演化规律研究中的应用初探

基于分形原理,通过波浪水槽试验,对波浪作用下的海滩剖面形态开展分形维数计算和分析,探究分形理论应用于海滩剖面演化规律研究的可能性。结果表明:海滩剖面分形维数可以用于描述海滩剖面形态的不规则程度和复杂性,分形维数越大,海滩剖面形态越复杂。同时,围绕波浪动力因素变化对海滩剖面分形维数的影响展开讨论,波浪类型、波高和水深的变化均会导致海滩剖面分形维数的改变,波浪类型和波高的变化对海滩剖面维数的影响更明显,而水深变化导致的波浪因素变化对海滩剖面分形维数的影响相对较小。研究发现随着波浪作用时间的增长,海滩剖面分形维数最终朝平衡方向发展。     

长江源典型辫状河道边滩变化及与径流量的关系

长江源宽谷辫状河道宽达1 ~ 3 km,河道两侧广泛分布边滩,其边滩形态受径流量变化的影响较大。结合Landsat遥感影像与水文数据,对长江源辫状河道内的边滩形态进行对比分析,发现边滩可分为稳定边滩、亚稳定边滩和活动边滩。定义边滩变化百分比为活动边滩短时间内的冲淤程度,活动边滩在枯水期发生冲刷的边滩变化最大百分比为80%,发生淤积的边滩变化最大百分比为300%。影响活动边滩变化的因子包括径流量及高水位水流持续时间。边滩面积的骤减是由于洪水期漫滩水流在边滩上冲刷并形成新汊道,水流沿新汊道的冲刷与切割作用促使原边滩分离成新边滩和新沙洲;枯水期汊道水位下降并且发生淤积,沙洲与边滩合并使边滩面积骤增,导致边滩变化百分比剧烈增加。     

港口航道与海岸工程专业卓越工程师培养体系探索

开展卓越工程师教育培养具有重要意义。结合港口航道与海岸工程专业卓越工程师培养目标,确定了培养标准及实现形式,在此基础上开展课程体系建设。     

平原分汊河道水流数值模拟及其应用

针对平原分汉河道的特点，建立水流运动平面二维数学模型，采用有限单元法离散控制方程，能较好处理平原多汉河道的复杂边界．通过湘江下游香炉洲、冯家洲河段流速、水位及分流比的计算分析，计算结果与实测资料吻合较好．说明该模型的建立和边界处理方法合理，可用于河段治理方案的计算研究．     

坡面流阻力研究进展

坡面流阻力的研究对了解坡面流水流特性、汇流过程、土壤侵蚀和坡面产沙机理都非常重要。本文分5个方面总结了坡面流阻力研究的最新进展:(1)坡面流阻力系数与雷诺数的关系;(2)光滑床面上的坡面水流阻力;(3)粗糙床面上的坡面水流阻力;(4)降雨对坡面流阻力影响的研究;(5)坡面流阻力的计算模型。综合前人研究发现,阻力系数与雷诺数在不同的条件下呈正相关或负相关关系;用叠加法计算不同条件下的坡面流阻力有其合理的一面,也有不足之处;粗糙动床条件下的坡面水流阻力计算模型更接近实际情况。最后,本文指出了当前坡面流阻力研究存在的主要问题和未来需要突破的主攻方向。     

波浪作用下涡动沙纹床面的悬沙运动数值研究

作者建立了波浪作用下的立面二维水沙数值模 型，并对涡动沙纹床面的悬沙运动进行研究。结果表明：悬沙颗粒的沉降速度较小时，其运 动受到涡动力特性的影响比较显著。而且在沙纹波峰断面和沙纹波谷断面，半个周期里都可 以观察到两个悬沙分布的峰值，主要是由于流动分离形成分离涡，涡运动携带泥沙颗粒而出 现峰值。计算成果在一定程度反映了涡动结构对悬沙运动的影响。     

饮用水钙硬度去除中CaCO3的均相与非均相结晶行为

为改善化学沉淀法对饮用水中钙硬度的去除效能,开展均相与非均相结晶去除钙硬度研究。通过投加高岭土,构建CaCO_3非均相结晶体系,对比均相与非均相结晶体系物化特性变化、结晶产物晶型和形态,探讨结晶模式对CaCO_3结晶行为的影响。结果表明:饮用水硬度去除中CaCO_3的均相结晶产物以斜方六面体方解石为主,含少量球霰石,非均相结晶产物主要是球形方解石。在较高的C/Ca值条件下,非均相结晶过程同时也伴随着均相结晶过程。非均相结晶过程可以降低CaCO_3结晶临界过饱和度S~*,加快结晶反应速率,提高Ca~(2+)去除率,但提高效果会随着C/Ca值的增加而降低。均相与非均相结晶体系的上清液pH和浊度无显著差异。水厂采用非均相结晶去除Ca硬度时,可以通过适当降低C/Ca值和采用粒径较大的矿物质作为诱导剂,分别达到降低出水pH和浊度的效果。     

餐厨垃圾水解液培养酿酒酵母发酵产油脂的影响因素

为提高餐厨垃圾水解液发酵产油脂量,探究其发酵生产特征和影响因素,以Saccharomyces cerevisiae As2.516为供试菌株,以初始餐厨垃圾水解液加入量90%(V/V)、搅拌速率180 r/min、通气量2.5 L/min、发酵周期10 d为基础发酵条件进行1 L发酵罐发酵。实验结果表明发酵过程受初始p H值、温度、接种生物量、还原糖含量及无机盐、金属离子浓度影响。其中最适宜初始培养条件为:p H值6、温度30℃、接种量10%,该条件下生物量、油脂产量及产物转化率最大。以实验最适宜培养条件为基础发酵条件时,S.cerevisiae发酵第7d油脂产量最高,为4.26 g/L,生物量12.95 g/L,油脂产率32.9%。经气相色谱分析发酵所得脂肪酸主要由C16及C18脂肪酸组成,其中不饱和脂肪酸占72.09%。餐厨垃圾水解液中无机盐离子含量丰富,外加钾、镁、锰等金属离子抑制菌体生长并影响油脂合成,除微量Cu SO4·5H2O(1×10-4 g/L)外,无需添加其它无机盐。S.cerevisiae利用餐厨垃圾水解底物具有谱宽和抗逆性。