明渠漂浮植被水流内部能量损失和传递规律研究 被引量：9

1

作者 槐文信 钟娅 杨中华 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第4期397-403,418,共8页

明渠漂浮植被会对河道过流能力造成不利影响。本文针对明渠漂浮植被均匀流,基于前人的过流断面能量平衡理论,研究明渠漂浮植被水流过水断面上的能量传递规律和能量平衡机理,推导出了断面上能量提供、能量损失和能量传递的表达式和相应... 明渠漂浮植被会对河道过流能力造成不利影响。本文针对明渠漂浮植被均匀流,基于前人的过流断面能量平衡理论,研究明渠漂浮植被水流过水断面上的能量传递规律和能量平衡机理,推导出了断面上能量提供、能量损失和能量传递的表达式和相应能量累积的表达式,基于Plew的实测流速和切应力得到沿水深方向上的能量累积分布。结果表明在任意点和任意平面上,能量提供均等于能量损失与能量传递之和,断面上的能量损失主要集中在漂浮植被区,并且在植被区和非植被区的交界面达到最大。断面内总的能量传递为零,植被区和河床底部产生的能量提供不能弥补其能量损失,需要其他流区的能量不断地向这两个流区传递。在近壁流区,紊动动能累积值与能量传递累积值几乎相等,说明近壁流区内的绝大部分能量转化为紊动动能,非常小的一部分因抵抗近壁流区中的阻力而在该区内转化为热能损耗掉。 展开更多

关键词 漂浮植被 恒定均匀流 能量损失 能量传递 能量平衡

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基于LES的圆柱尾流漩涡特性分析 被引量：8

2

作者 槐文信 柳梦阳 杨中华 《华中科技大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期95-99,共5页

为研究大涡模拟（LES）方法在圆柱绕流和模拟大尺度和小尺度波动的适用性,采用Smagorinsky-Lilly模型对亚临界区7种雷诺数（Re）情况的圆柱绕流进行数值模拟,计算出其阻力系数（Cd）和Strouhal数（St）,并针对Re=3 900情况进行深入分析... 为研究大涡模拟（LES）方法在圆柱绕流和模拟大尺度和小尺度波动的适用性,采用Smagorinsky-Lilly模型对亚临界区7种雷诺数（Re）情况的圆柱绕流进行数值模拟,计算出其阻力系数（Cd）和Strouhal数（St）,并针对Re=3 900情况进行深入分析,给出其漩涡脱落的过程和速度的功率谱曲线.研究结果表明：计算所得Cd和St均与以往实验值符合较好,能较好模拟圆柱绕流尾涡周期性脱落过程;采用LES方法不仅能精准地捕捉到圆柱绕流漩涡脱落的无量纲频率0.215,而且能有效反映出圆柱下游回流区长度在大时间尺度上的周期性变化所对应的频率0.006 15,这与实验值和直接模拟（DNS）所得频率相符合;对于小尺度的Kelvin-Helmholtz不稳定性,虽能捕捉到波动,其频率为0.641,但与直接模拟结果和实验所得公式的预测结果有一定的差值. 展开更多

关键词 圆柱绕流 大涡模拟 功率谱分析 亚临界区 涡

原文传递

横流中垂直出流式多孔射流稀释特性研究 被引量：6

3

作者 高猛 槐文信 曾玉红 《华中科技大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期94-98,共5页

运用两相流混合模型对横流中垂直出流式多孔射流进行数值模拟,并结合室内水槽实验的实测结果,验证了该模型能够较好地预测横流中多孔射流的浓度场.针对实验和模拟结果,给出了中心纵剖面浓度分布、射流轨迹线以及浓度的沿程变化规律,分... 运用两相流混合模型对横流中垂直出流式多孔射流进行数值模拟,并结合室内水槽实验的实测结果,验证了该模型能够较好地预测横流中多孔射流的浓度场.针对实验和模拟结果,给出了中心纵剖面浓度分布、射流轨迹线以及浓度的沿程变化规律,分析了水深和流速比对多孔射流稀释特性的影响.通过数值模拟计算结果,观察到多孔射流的分叉和融合现象,可以定量地分析多孔射流的融合位置及其浓度的变化,为扩散器的理论研究和设计提供可靠的依据. 展开更多

关键词 多孔射流 射流轨迹线 浓度分布 浓度衰减 数值模拟

原文传递

水力学课程多平台混合教学实践

4

作者 曾玉红 万云娇 槐文信 《大学教育》 2023年第6期62-64,71,共4页

混合式教学即将传统教学和数字化教学相结合的教学模式。在“互联网+”时代,多平台混合教学正成为新的方向。文章以水力学课程为例,介绍以线上授课为核心、以慕课和爱课堂为线下学习辅助、辅以QQ群答疑讨论的多平台混合教学模式及其实... 混合式教学即将传统教学和数字化教学相结合的教学模式。在“互联网+”时代,多平台混合教学正成为新的方向。文章以水力学课程为例,介绍以线上授课为核心、以慕课和爱课堂为线下学习辅助、辅以QQ群答疑讨论的多平台混合教学模式及其实践。该模式下的教学实践取得了较好的效果,为相关课程的教学改革提供了借鉴。 展开更多

关键词 线上教学 多平台混合教学 水力学

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基于涡黏度模型的冰封河道纵向时均流速垂向分布解析解

5

作者 王菲菲 槐文信 +2 位作者 陈海亮 孙斌 李志伟 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第12期1473-1484,共12页

冰盖的存在显著改变了河道水流结构,使流速垂向分布关于零切应力平抛物线面呈型。考虑到准确预测冰盖下水流流速分布是计算冰封河道流量、泥沙输移率和河床演变预估的基础,本文应用双层假定和冰盖流涡黏度模型,推导出一个物理意义明确... 冰盖的存在显著改变了河道水流结构,使流速垂向分布关于零切应力平抛物线面呈型。考虑到准确预测冰盖下水流流速分布是计算冰封河道流量、泥沙输移率和河床演变预估的基础,本文应用双层假定和冰盖流涡黏度模型,推导出一个物理意义明确且速度梯度连续的冰封河道纵向时均流速垂向分布解析解,并明确常见的冰盖流对数流速公式和双幂律流速公式的应用条件。采用水槽实测数据和原型实验数据,对比分析所提出的解析解与现有对数公式和双幂律公式的有效性和精确性,并基于本文解析解探究了纵向时均流速垂向分布对各物理特征参数的敏感性。结果表明,该解析解的流速计算值与实测值吻合较好且较现有对数公式和双幂律公式具有较高精度;雷诺数的较小变化并不会引起纵向时均流速垂向分布的较大改变,但流速分布对冰盖糙率与河床糙率的相对值比较敏感,且纵向时均流速的最大值偏向于较光滑边界一侧,该结论与以往基于k-ε湍流模型所得到的数值结果是一致的,再次证实了本文解析解的有效性。 展开更多

关键词 冰封河道 纵向时均流速 垂向分布 涡黏度

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基于随机位移方法的植被水流纵向离散研究 被引量：4

6

作者 槐文信 梁雪融 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期138-143,共6页

在天然河道中,离散主要是由纵向流速在横断面分布的不均匀所引起,当河道中存在部分挺水植被时,流速分布的不均匀性更加明显。为了研究部分挺水植被水流中的纵向离散,假设各变量在垂向是不变的,模拟一个由流向和横向组成的二维域,引入了... 在天然河道中,离散主要是由纵向流速在横断面分布的不均匀所引起,当河道中存在部分挺水植被时,流速分布的不均匀性更加明显。为了研究部分挺水植被水流中的纵向离散,假设各变量在垂向是不变的,模拟一个由流向和横向组成的二维域,引入了基于拉格朗日观点的随机位移模型,该方法直接使用独立运动的离散颗粒来描绘物质的输移,不再需要求解随流扩散方程。随机位移模型主要根据水深平均流速和横向紊动扩散系数的横向分布来确定污染物的分布。其中,流速横向分布公式采用了基于剪切涡的简化经验公式,该公式的优点在于不用对二次流系数进行率定,且物理意义明确;另外,利用量纲关系及遗传算法给出了剪切涡外层宽度的显性经验公式,分析可得剪切涡外层宽度主要由水深和河床阻力决定,植被的直径和密度对于涡旋外层结构影响较小;根据以往实测资料,提出了横向紊动扩散系数的横向分布模型,揭示了横向紊动扩散系数在交界处远大于稳定区的动力特性。为了验证随机位移模型预测的准确性,在长直部分植被水槽进行了室内试验,流场中不同点的浓度过程线的实测值与模拟值吻合良好,表明随机位移模型可以有效地模拟部分挺水植被水流纵向离散,为生态河道污染物混合输移的评估提供了新的方法。 展开更多

关键词 部分挺水植被 随机位移方法 横向紊动扩散系数 流速分布 纵向离散

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基于水动力的植被消长模型及河道植被演替模拟 被引量：2

7

作者 槐文信 朱政涛 +1 位作者 杨中华 王慧琳 《人民长江》 北大核心 2020年第1期174-179,共6页

针对植被斑块在河道中的演替规律,建立了概化河道下的植被斑块消长模型。该模型以二维浅水方程组为控制方程,采用有限体积法离散求解水动力参数,利用等效曼宁系数法概化植被影响,定义床面剪切力小于阈值区域为新植被生长区,大于阈值区... 针对植被斑块在河道中的演替规律,建立了概化河道下的植被斑块消长模型。该模型以二维浅水方程组为控制方程,采用有限体积法离散求解水动力参数,利用等效曼宁系数法概化植被影响,定义床面剪切力小于阈值区域为新植被生长区,大于阈值区域为植被消亡区。考虑植被阻力对水流的影响以及床面切力对植被消长的影响,建立了植被消长与水动力过程相耦合的数学模型,模拟了不同条件下的植被区演替过程,模拟过程中重点考虑了两个床面剪切力阈值和两个初始植被密度工况。计算结果表明:植被斑块在河道内的演变通常是由块状向条带状发展,较高的剪切力阈值将产生更大的最终植被面积;当剪切力阈值系数为0.5时,最终植被面积占河道总面积的比值为47%~49%;当剪切力阈值系数为0.7时,最终植被面积占比为58%~60%;不同的初始植被分布并不会对最终植被面积产生显著影响,但较大的初始植被密度会加快植被的初始生长速率,使植被面积更快达到基本稳定水平。 展开更多

关键词 植被演替 植被斑块 床面剪切力阈值 二维浅水方程组 等效曼宁系数

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植物繁殖体水媒传播研究进展

8

作者 曾玉红 刘小光 +1 位作者 槐文信 王家生 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第9期1059-1069,共11页

动、植物体以及其他有机生命体在水生态系统中的传播过程逐渐成为近年来最为活跃的研究领域之一。水媒是滨水植被的基本传播途径,可以实现大量繁殖体的长距离输运,同时为后续的繁殖体定植提供适宜的环境及物质条件,是最具效率的传播媒... 动、植物体以及其他有机生命体在水生态系统中的传播过程逐渐成为近年来最为活跃的研究领域之一。水媒是滨水植被的基本传播途径,可以实现大量繁殖体的长距离输运,同时为后续的繁殖体定植提供适宜的环境及物质条件,是最具效率的传播媒介。本文以植物繁殖体为典型有机生命体,对主要传播媒介与途径进行梳理并分析其特点,进一步总结了其经水媒周期性传播过程及其在群落动态演化中的主导地位,并就主要干扰因素进行归纳并分析其作用机制,对水媒传播过程中繁殖体动力学特性进行描述。重点对长距离水媒输运的关键意义、研究手段与描述方法进行介绍,对研究现状与存在的问题进行分析,从水动力学角度对输运过程中的关键机制进行剖析,并阐明其在构建集成化的动态耦合模型中的作用。 展开更多

关键词 植物繁殖体 水媒传播 水动力输运 生态恢复

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鄱阳湖水利调控对湖区典型丰枯水年水动力水质影响研究 被引量：20

9

作者 杨中华 朱政涛 +1 位作者 槐文信 白凤朋 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第2期156-167,共12页

鄱阳湖水利枢纽工程的修建会在一定程度上阻拦长江与鄱阳湖的江湖连通性,湖区水流情势将发生改变。本研究采用有限体积法求解非结构网格下的二维浅水水动力水质模型,根据初定的枢纽工程水位调度方案,研究典型丰枯水年湖区水动力与水质... 鄱阳湖水利枢纽工程的修建会在一定程度上阻拦长江与鄱阳湖的江湖连通性,湖区水流情势将发生改变。本研究采用有限体积法求解非结构网格下的二维浅水水动力水质模型,根据初定的枢纽工程水位调度方案,研究典型丰枯水年湖区水动力与水质条件变化。结果表明,枢纽工程建成后,丰水年星子站年平均水位抬升1.49 m,枯水年星子站年平均水位抬升1.88 m,枯水年水利枢纽工程对湖泊水位抬升变幅值、流速变幅值和工程影响的持续时间均高于丰水年。工程后丰水年枯水期水面面积增加15.3%,水量增加29.2%,枯水年枯水期水面面积增加22.8%,水量增加54.1%。选用示踪剂模型研究工程后湖区物质输运条件的改变,发现湖区物质输运过程明显减慢。典型丰水年水力滞留时间增幅为1~2 d,典型枯水年水力滞留时间增幅2~9 d;典型丰水年示踪剂传输时间增加值1~9 d,典型枯水年示踪剂传输时间增加值1~20 d。 展开更多

关键词 鄱阳湖 水利枢纽工程 水文水动力 水力滞留时间 示踪剂传输时间

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刚性淹没球冠状植被水流特性试验研究 被引量：10

10

作者 赵芳 Aristotelis Mavrommatis +2 位作者 Anastasios Stamou 槐文信 杨中华 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第3期353-361,共9页

本文将植被体型概化为由球状树冠和主干组成的树状植被,采用Micro ADV测量了树状植被影响下明渠水流的流速分布,分析了不同流量和水深条件下4组树状植被对明渠水流的影响,着重研究了树状刚性植被水流的平均流动和紊动结构,比较了多个典... 本文将植被体型概化为由球状树冠和主干组成的树状植被,采用Micro ADV测量了树状植被影响下明渠水流的流速分布,分析了不同流量和水深条件下4组树状植被对明渠水流的影响,着重研究了树状刚性植被水流的平均流动和紊动结构,比较了多个典型位置处水流的纵向流速、垂向流速以及紊动强度。试验结果表明,水深越小,无量纲纵向流速越大;树冠的形状对水流特性的影响较大,在树状植被附近,纵向流速的垂向分布在树干层近似均匀分布,在树冠层先减小后增大,在无植被层符合对数分布;紊动强度在树冠层较大,在树干层和无植被层较小;通过象限分析,发现下扫作用主要在植被层起主导作用,喷射作用主要在自由水层占主导。 展开更多

关键词 树状刚性植被 MICRO ADV 平均流速分布 紊动结构 象限分析

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基于粒子图像测速技术的淹没植被斑时均尾流结构研究 被引量：9

11

作者 柳梦阳 槐文信 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第11期1324-1331,共8页

水生植被对维持生态系统健康稳定具有重要意义,而绕有限尺寸淹没植被群落的流动又对物质输移和植被演化具有重要影响。本研究将淹没植被群落概化为圆形刚性圆柱阵列,并基于实验室水槽实验,采用粒子图像测速技术对不同密度植被群落的尾... 水生植被对维持生态系统健康稳定具有重要意义,而绕有限尺寸淹没植被群落的流动又对物质输移和植被演化具有重要影响。本研究将淹没植被群落概化为圆形刚性圆柱阵列,并基于实验室水槽实验,采用粒子图像测速技术对不同密度植被群落的尾流时均流场进行测量,以探究植被密度变化对其尾流结构的影响。结果表明:植被斑内的顺流向出流强度随植被密度的增大而增大,同时植被斑直径的大小也对出流强度有影响;当植被密度大于0.1时,植被斑的群体行为变得十分明显,在时均流场中植被斑下游会产生类似于淹没实心圆柱的三维“拱”形回流涡,其与植被斑之间的距离随植被密度的增大而减小;稳定尾流区长度与拱形涡到植被斑后缘的距离成近似正线性相关关系。研究成果对深入理解植被群落的绕流结构具有促进意义。 展开更多

关键词 植被斑 尾流 PIV测量 植被密度 淹没植被

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空化对叶顶间隙泄漏涡演变特性及特征参数影响的大涡模拟研究 被引量：7

12

作者 程怀玉 季斌 +1 位作者 龙新平 槐文信 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1268-1287,I0001,共21页

利用大涡模拟方法及一个考虑气核效应的欧拉-拉格朗日新空化模型,对绕NACA0009水翼叶顶间隙泄漏涡(top-leakage vortex,TLV)及其空化流动开展了高精度的模拟,结果显示数值模拟与实验吻合较好.在此基础上进一步讨论了不同间隙大小对TLV... 利用大涡模拟方法及一个考虑气核效应的欧拉-拉格朗日新空化模型,对绕NACA0009水翼叶顶间隙泄漏涡(top-leakage vortex,TLV)及其空化流动开展了高精度的模拟,结果显示数值模拟与实验吻合较好.在此基础上进一步讨论了不同间隙大小对TLV空化的演变行为及其发生前后TLV强度、气核分布以及切向速度分布等特征参数的变化规律,分析了TLV空化对TLV演变行为及其特征参数的影响机制.结果表明,空化发生后,TLV的强度主要受片空化演变行为的影响,TLV空化对其自身强度的影响较小.此外,间隙越小,片空化越不稳定,TLV的强度也会呈现相应的准周期性波动.随着间隙的逐渐增大,片空化强度逐渐减小,其不稳定性也逐步减弱,TLV强度逐渐恢复至无空化时的水平,其波动也会逐渐减小.空化对涡心处气核分布会产生较为明显的影响,其影响程度取决于空化发生后TLV在空间上的稳定性以及TLV空化的强度.此外,空化发生后,TLV半径会在一定程度上增大,且在空化区域外围形成"类刚体旋转"的切向速度分布特性,其形成原因主要是空化生长引起的膨胀过程以及流动的黏性作用. 展开更多

关键词 空化 叶顶间隙泄漏涡 空化模型 气核

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