基于二次插值的非饱和土壤水流问题的特征差分方法及数值模拟

本文针对一类非饱和土壤水流问题,提出了基于二次插值的特征差分格式,得到了严谨的L2模误差估计.并作了数值试验,指明方法的有效性.     

矩形平底渠道淹没水跃区的水头损失

研究了矩形平底明渠淹没水跃区的水头损失。根据Rajaratnam对淹没水跃区的流速分布、壁面切应力、最大流速的试验成果和Verhoff附壁射流区断面流速分布的计算公式,应用紊流边界层理论研究了淹没水跃区的边界层发展和沿程水头损失的计算方法。根据动量方程和能量方程研究了淹没水跃区的跃前断面水深、总水头损失、局部水头损失、消能率的计算方法。给出了淹没水跃区最大流速、紊流边界层厚度、沿程水头损失、总水头损失、局部水头损失、局部阻力系数、消能率的计算方法。研究表明:淹没水跃区的总水头损失是跃前断面弗劳德数、跃前水深和淹没度的函数,沿程水头损失和局部水头损失与跃前断面流速、水深、水跃长度、跃前断面的特征雷诺数和消力池宽度有关。淹没水跃区的水头损失主要是局部水头损失,消能率随着弗劳德数的增加而增加。     

明渠非定常水流的垂向结构实验研究

本文报告了明渠非定常水流垂向结构的实验研究,通过 LDV 激光测速,我们给出了非定常水流的速度削面,湍流度,Eulerian质量输运速度的垂向分布。实验结果表明:在非定常周期很长时非定常流动的速度剖面,湍流强度及其粗糙度的影响基本上与定常流动相一致,当非定常流动为纯往复流动时,存在一个逆时针方向的环流,这种环流有利于底部的质量输运。     

地下水流系统的灰朦胧微分方程

以灰朦胧集和朦胧型灰元为基础,分析了地下水流系统的灰性,定义了含水层的灰朦胧渗透系数和灰朦胧贮水系数;构建了地下水流系统的灰朦胧微分方程,说明了灰朦胧建模思想的客观性和合理性.这对开拓地下水模拟的思路,促进地下水模拟理论与方法的进展,具有重要意义.     

床面固体颗粒圆柱绕流的试验现象观察

本文介绍了床面固体颗粒随水流绕过圆柱体时，将在圆柱周围的床面上形成一个无粒子运动区的试验现象。水槽试验结果表明，当固体颗粒的粒径减小时，无粒子区的范围将增大；无粒子区的范围随圆柱直径的增大而增大；水流条件的变化直接影响着床面固体颗粒的运动情况，同无粒子区的形成、消失及范围大小有密切的关系。根据试验资料，结合量纲分析，建立了无粒子区的无量纲经验关系式     

河底和岸壁水流剪切应力“标准断面”法

零剪切应力分割线法和分割线表观剪切应力法是计算河底和河岸水流剪切应力的两种常用方法.为简化分割线表观剪切应力经验表达式,提出了“动量传输 平衡偏离”（momentum transfer equilibrium deviation,MTED）假设,认为表观剪切应力可由分割线一侧单位时间动量传输与其平衡值的差值来表示.为了确定平衡值,提出了标准断面的概念,所有矩形或者梯形断面都有对应的标准断面.基于MTED假设和标准断面的概念,建立了分割线表观剪切力以及河底和河岸剪切力占总剪切力比重的计算表达式.利用不同实验的200多个数据对不同的计算方法进行了对比分析,结果表明:该文的方法有效改善了计算精度,适用范围广,适用于矩形和梯形断面,以及河岸与河底糙率相同或不同的情况.     

小型可变坡水槽的结构及其特点

可变坡水槽作为研究水流及泥沙运动特性和水力学实验的一种设备已被广泛应用，本文论述了作者所研制的小型可变坡水槽的结构及其特点。     

A Thermodynamic Cavitation Model for Cavitating Flow Simulation in a Wide Range of Water Temperatures

A thermodynamic cavitation model is developed to simulate the cavitating water flow in a wide temperature range. The thermal effect on bubble growth during cavitation is introduced in the developed model by considering both pressure difference and heat transfer between the vapor and liquid phase. The cavitating turbulent flow over a NACA0015 hydrofoil has been simulated at various temperatures from room temperature to 150°C by using the present cavitation model, which has been validated by the experimental data. It is seen that the thermodynamic effects of cavitation, vapor depression and temperature depression are much more predominant in high temperature water compared with those in room temperature water. These results indicate that the proposed thermodynamic cavitation model is reasonably applicable to the cavitating water flow in a wide temperature range.     

粘土悬浮液明渠流的减阻现象

水和粘土悬浮液在水槽中的流动试验证明，在粗糙边界上的粘土悬浮液明渠流阻力明显小于清水流．在同样水力条件下粘土悬液的时均流速比清水流速大得多．当悬液浓度较高时，流动阻力系数比清水流阻力系数的一半还小．实验表明粘土悬液的高粘性和屈服应力抑制了紊动的发展，减小了紊动剪力，导致阻力降低．对于光滑边界湍流，粘土悬液的阻力系数与清水流的相近，不发生减阻现象     

带滩槽地形的连续弯道中纵向流速横向分布解析

本文基于沿水深积分的动量方程,假定二次流项和弯道附加应力项沿横断面呈线性分布,提出了预测弯道垂线平均纵向流速的解析计算方法,进一步提出了河槽区和河滩区垂线平均纵向流速沿断面分布的求解模式,并将其应用于带滩槽地形的反向连续弯道水槽中. 根据实测数据率定计算参数,该模式可计算不同出口水深条件下断面垂线平均纵向流速分布,计算结果与实测数据吻合良好.分析了线性分布假设中参数随水深变化的取值规律和沿横断面分布特点,并对参数进行了敏感性分析,分析表明线性假设中一次项系数分区位置对流速峰值的大小和位置影响较大,常数项根据地形横比降变化进行分区取值,流速计算值对常数项在水平段和斜坡段分区位置较为敏感,并根据参数的敏感度提出了参数沿水槽的均值作为参考值.讨论了动量方程中二次流项和弯道附加应力项沿弯道的横向分布规律,进一步认识线性假设的适用范围,结果表明线性假设在本文试验水槽中适用于弯道沿程.研究成果有助于认识带滩槽地形的连续弯道纵向流速分布特征及其形成机制.