复式河槽平均局部阻力系数的研究

研究了SKM法中的平均局部阻力系数,将复式河槽分为4个区域,运用SERS-FCF系列试验资料对各区平均局部阻力系数之间的关系进行了探求。研究发现滩地平均局部阻力系数与相对水深呈乘幂关系,主槽区与滩地区平均阻力系数之比与相对水深可用二次函数表示,主槽、滩地边坡可用主槽区和滩地平均阻力系数表示。滩地平均局部阻力系数与达西阻力系数符合线性关系,而主槽两值之比与相对水深满足对数分布。用平均局部阻力系数推求断面总过流量发现计算值偏大,经过修正后发现计算值与实测值吻合较好。     

CES模型计算复式河槽过流能力及方法对比

复式河槽的洪水漫滩后,滩槽水流相互作用,在滩槽交界处形成动量交换,若直接采用曼宁公式进行水力计算将产生很大误差。应用CES(Conveyance Estimation System)模型首先计算了不同复式河槽的垂线平均流速,并结合英国科学工程研究理事会洪水水槽设备(SERC-FCF)的试验资料进行了验证,进而分析了不同形态复式河槽的水流特性;然后通过对比分析CES模型与经验方法(湿周修正法、断面分割法)和理论方法(谢汉祥法、刘沛清法、河槽协同度法)计算流量时的精度,论证了该模型在复式河槽水力计算中的优越性。结果表明,由CES模型计算的断面垂线平均流速分布符合复式河槽的水流特性且与实测资料吻合良好,较之其他模型方法,该模型能适用于任意形态复式河槽的流量计算且精度较高。     

复式河槽流量计算方法比较与分析

复式河槽在洪水漫滩后,直接运用曼宁方程计算过流能力将带来很大误差。本文系统地总结了复式河槽流量计算的各种方法,运用这些方法分别计算整个复式断面的流量和滩槽流量分配,并与英国科学工程研究协会洪水水槽设施 (SERC-FCF)的大量的系列水槽实验成果进行比较。通过比较发现：计算流量时,断面垂直分割法、单一河槽法和等速剖分法误差都很大;而其它方法精度都比较高。运用流量计算精度比较高的方法同时计算流量分配发现：对某一具体断面形态而言,很难准确说哪种方法的精度最高。通过对各种方法的综合分析,建议在计算天然复式河槽过流能力时,采用河槽协同度方法。     

黄河下游复式河槽比降特性

以高村(四)站为例,采用险工、水位站和水文站的水位观测资料,分析了黄河下游复式河槽的比降特性。结果表明:①大水时表层水流顶冲凹岸导致观测比降偏大,对于50～100 km的长河段,主槽平均水面比降、滩地平均水面比降与流量的相关性良好;②高村(四)站发生漫滩大洪水时,观测比降均值主槽平均水面比降均值滩地平均水面比降均值;③特大洪水漫滩时,洪水过程坦化,观测比降、主槽平均水面比降、滩地平均水面比降等反而变小;④滩地横比降的存在加大了防洪难度。     

对一二阶式河槽的水力研究

许多经过整治的河流具有深主槽和侧翼的一、二个河漫滩组成的复式或二阶式断面，现有的估算此类河槽泄流能力的主中导致严重误差，因而必须获取水流资料以建立比现有方法更为进步的模型，本文收集了北爱尔兰梅河（ＲｉｖｅｒＭａｉｎ）中某一河段在稳定和不稳定水流条件下的水位及流量资料，该河出于防洪需要已得重新治理，从而形成了二阶式河槽。本文利用一稳定流计算模型对资料进行了分析，得向水面曲线和各种水深下的曼宁阻力系数     

不同密度滩地植被作用下的复式河槽水流特性

利用刚性竹签模拟非淹没滩地植被,在非对称复式河槽中进行了不同滩地植被密度作用下的水流特性系列试验。结果表明:主槽中心流速符合对数分布,滩地中心流速沿垂向垂直向上分布;主槽和滩地中心垂线平均流速受植被密度影响,垂线平均流速增长率与植被密度呈线性关系;主槽中心横向和纵向的紊动强度均呈S形分布,滩地中心处3个方向的紊动强度均不呈S形分布。     

复式河槽综合糙率计算方法比较与分析

综合糙率是复式河槽水力计算的一个重要参数。本文系统地总结了推求综合糙率的各种典型方法,包括Pavlovskij方法．Einstein-Banks方法,Lotter方法,Krishnamurthy-Christertsen方法以及Dracos-Hardegger方法。运用277组复式河槽水槽实验资料和野外实测资料,验证了上述各种方法的有效性。通过比较和分析,发现这些方法都不适用于估算复式河槽综合糙率。本文对这些方法产生误差的原因进行了分析,并指出产生误差的原因在于前四种方法忽略了滩槽动量交换;后一种方法虽然考虑了动量交换,但该方法并不普遍适用。本文对现有资料的分析,提出了一个滩槽糙率相同情况下的复式河槽综合糙率关系式。     

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。     

关于管路突然扩大局部阻力系数的研究

在管路设计中 ,经常遇到局部阻力系数的确定。突然扩大局部阻力系数是通过理论确定的 ,通过对三种突扩情况下的局部阻力系数的实验研究 ,结果发现突扩阻力系数不但与两过流断面有关 ,而且还和流速有关。通过实验研究 ,确定了突扩阻力系数与流速及过流断面之间的关系     

复式河槽水位流量计算误差分析及方法对比

水位流量关系是推算水面线的重要依据。复式河槽的水流漫滩时,直接运用曼宁公式计算水位流量关系会产生很大的误差,并会出现流量随水深增加而减小的不合理现象,为此分析了复式河槽垂线平均流速的横向分布及曼宁公式中流量-水深函数的单调性,探讨了这种误差及现象出现的原因;然后以实测资料为依据,对比分析了以曼宁公式为基础的水平分割法、垂直分割法、对角线分割法、湿周修正法及权重分割法与传统理论方法(谢汉祥法、河槽协同度法)计算复式河槽水位流量关系的精度,进而讨论了改进后的曼宁公式在复式河槽中的适用性。结果表明,主槽与滩地的流速差使漫滩水流发生横向运动,并在滩槽交界处形成大量的动量交换,其作用机理完全不同于单一河槽,故曼宁公式不能直接应用于复式河槽;复式断面的水力半径增长率与湿周增长率满足一定的条件时,曼宁公式中流量-水深函数单调递减,漫滩初期流量随水深增加而减小;对比不同计算方法的结果发现,湿周修正法精度最低而不推荐使用;水平分割法、垂线分割法、对角线分割法及权重分割法的精度与传统理论方法接近甚至更高,因此这些改进后的曼宁公式能够较好地适用于复式河槽。由于对角线分割法在所有方法中精度最高且计算简便,故计算复式河槽水位流量关系时推荐采用对角线分割法。     

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。     

对圆管突然缩小局部阻力系数的研究

以圆形管路的突然缩小为例,对管路的局部阻力系数ξ作了实验、分析和理论研究,证实传统的理论公式存在较大的误差。在紊流状态下,圆形管路突然缩小局部阻力系数可以看作雷诺数的函数,采用3次多项式可以将局部阻力系数与雷诺数很好地结合起来。     

淹没与非淹没植被作用下复式河槽流速最大值分布

本文收集了不同系列的淹没与非淹没植被作用下复式河槽的流速资料并对复式河槽中流速最大值的横向分布进行了探讨。结果发现滩地流速最大值基本保持在水面附近而主槽中的流速最大值都在水面以下;当滩地种有非淹没植被时;主槽中的流速最大值分布与无植被时几乎一致,滩地流速最大值在植被密度较小时仍在水面,但当植被密度较大时,最大值会向床面靠近;当滩地种植淹没植被时,流速最大值的位置会随着植被淹没度的增加而逐渐上升,最终保持在水面附近。     

管道突然扩大局部阻力系数初探

在管道设计中 ,经常遇到局部阻力系数确定的问题。突然扩大局部阻力系数ξ1=1 - A1 / A2 2是通过理论确定的。通过对三种 A1 / A2 情况下的局部阻力系数的实验研究 ,结果发现ξ不但与两过流断面有关 ,而且还和流速有关。通过实验研究 ,确定了ξ1 与流速 v1 及A1 / A2 之间的关系 ,在设计中 ,只要根据设计流速 v1 与 A1 / A2 就可以采用相应的ξ1 进行管道的水力计算     

基于灰色理论的黄河主河槽平均高程变化预测

以朱家屋子断面主河槽2002—2007年调水调沙后的平均高程为依据,利用灰色系统理论对该断面未来5年内平均高程的变化情况进行了分析和预测。结果表明:建立的数学模型可实现对主河槽平均高程的预测,精度较高;朱家屋子断面主河槽在未来5年内的平均高程会持续降低。     

复式河槽漫滩水流的三维数值计算

采用紊流模型中的雷诺应力模型(RSM)对非对称复式河槽水流的三维紊流进行了数值模拟。数值模拟计算结果与试验结果的比较表明RSM能够很好地模拟滩槽交互区内的二次流、主流速分布和床面剪切力,此模型模拟复式河槽是可靠的。最后用RSM模拟了对称复式河槽在不同水深下的流速场及床面剪切力分布,得出当水深增加时,滩槽交互区二次流动纵向涡增强,而浅滩主流速及床面剪切力迅速增大的结论。     

复式河槽漫滩水流流速分布二维解析解

通过水深平均纵向与横向流速的乘积(UV)d和垂线平均流速的平方Ud2获得了二次流项系数K的横向分布;根据(UV)d和Ud2在各区域内的关系,引入常系数a和b来表征二次流,进而给出了新的垂线平均流速二维解析解.该解析解表明,b只出现在水深线性变化区域的解析式中.分析发现,a的符号代表各区域内二次流的旋转方向,二次流强度则由a和b的取值共同决定;各区选定合适的a值可以得到较好的计算结果,b值对流速分布的影响主要在主槽区和主槽边坡区.采用英国FCF不同系列试验资料对计算模型进行验证,结果表明,计算值与实测值吻合较好.同时,比较了a和b在不同断面形态的复式河槽中的取值,并就其变化规律进行了分析.     

植被作用下的复式河槽漫滩水流紊动特性

分别选取塑料吸管、鸭毛和塑料大草模拟乔木、灌木和野草,通过水槽试验,探讨了不同滩地植物作用下的浸滩水流紊动特性。试验结果表明,纵向、横向和垂向三个方向的脉动流速基本满足正态分布;时均流速与采样时间的长短有关;横向动量交换比垂向动量交换大,横向动量基本上是主槽向滩地传递;不同的滩地植物对水流的紊动强度的影响不同。滩地种植植物后,水流的紊动强度增强。纵向和垂向的紊动强度相当,都服从S型分布。     

室内消火栓与孔板组合局部阻力系数的测定

近年来出现了一种新的消火栓减压孔板安装方式，即将孔板安装在与消火栓出水端相连接的固定接口内。为准确获取消火栓与孔板组合局部阻力系数ξ做了试验，并就其应用进行了讨论     

管道截面突变处的局部阻力系数

不可压紊流流经管道截面突变处，截面积之比和流速分布不均匀性对局部阻力系数有影响。流速分布符合幂次律。利用流体流过管道截面突变处的动量变化和能量变化。求出了损失的能量，从而得出管道截面突然扩大处的局部阻力系数ξ＿１；仿照计算ξ＿１的关系式，给出了管道截面突然缩小处的局部阻力系数ξ＿２。从计算结果来看，当小直径截面的雷诺数大于２×１０￣（６）时，计算管道截面突然扩大处的局部阻力系数ξ＿１，速度分布可作为均匀分布来处理；当小直径截面的雷诺数大于７３００时，计算管道截面突然缩小处的局部阻力系数ξ＿２，速度分布可作为均匀分布来处理。理论计算与实验结果对比表明，两者之差平均不超过０．０６。所以本文给出计算管道截面突变处的局部阻力系数的关系式是可行的。