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粗糙床面明渠水流数值模拟及水力特性分析
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作者 肖素芬 田甜 +1 位作者 张润莹 程香菊 《甘肃水利水电技术》 2023年第9期37-41,共5页
天然河道和人工河道一般为粗糙床面,由于大尺度粗糙床面对水流的阻挡作用,使得水流区与粗糙区的流场特性不相同。为了探究粗糙床面对水流结构的影响,开展了4种工况下,不同粗糙高度的水槽模型流场试验和对应的数值模拟分析计算,获得了丰... 天然河道和人工河道一般为粗糙床面,由于大尺度粗糙床面对水流的阻挡作用,使得水流区与粗糙区的流场特性不相同。为了探究粗糙床面对水流结构的影响,开展了4种工况下,不同粗糙高度的水槽模型流场试验和对应的数值模拟分析计算,获得了丰富的水力特性空间数据。研究结果表明,采用RNGk-ε模型和流体体积模型(VOF)能够准确模拟计算具有粗糙床面的水流。受粗糙床面阻水作用的影响,在粗糙床面上游,水位有一定程度的壅高,当水流过粗糙床面后,水位有一定程度的跌落。水流过粗糙床面以后,水面逐渐趋于一致。在粗糙段,水流结构基本相似。在粗糙影响段,相对粗糙度为0.2,水流的紊动强度和紊动动能达到最大值。随着相对水深的增大,紊动强度和紊动动能均呈现出“先增大后减小”的变化趋势,在水面附近趋于一致。 展开更多
关键词 粗糙床面 明渠水流 数值模拟 水力特性
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植物粗糙度对明渠水流阻力影响的试验研究 被引量:10
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作者 胡旭跃 刘斌 +2 位作者 曾光明 程永舟 李冬 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第3期372-377,共6页
以水力半径分割法的思想为出发点,建立了新的明渠阻力分割计算关系式,在此基础上分析研究明渠中处于淹没状态下床面柔性植物对水流阻力的影响。采用多普勒流速仪测量边壁附近的流速,用间接法中的流速测量法测量边界上的切应力,用棕榈毛... 以水力半径分割法的思想为出发点,建立了新的明渠阻力分割计算关系式,在此基础上分析研究明渠中处于淹没状态下床面柔性植物对水流阻力的影响。采用多普勒流速仪测量边壁附近的流速,用间接法中的流速测量法测量边界上的切应力,用棕榈毛作为植物的模拟材料。以植物粗糙度表示植物阻力,用植物高度、密度的函数表示床面粗糙度,在植物高度和密度变化的情况下,进行水槽试验。经过对试验数据分析,发现植物粗糙度随植物高度、密度的增加而增加,且植物粗糙度越大时,在数值上越接近植物高度。拟合粗糙度与植物高度和密度的经验关系式,进而得出了植物阻力的计算式。 展开更多
关键词 明渠水流 植物 床面阻力 粗糙度 试验研究
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复杂明渠水流运动的高适用性数学模型 被引量:14
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作者 张大伟 程晓陶 +1 位作者 黄金池 何晓燕 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第5期531-536,共6页
采用Godunov格式的有限体积法建立了模拟复杂明渠水流运动的高适用性数学模型。模型利用HLL格式的近似Riemann解计算界面通量。为了获得更高的分辨率,采用TVD-MUSCL格式和Hancock格式将计算格式的整体精度提高到二阶,并且采用通量替换... 采用Godunov格式的有限体积法建立了模拟复杂明渠水流运动的高适用性数学模型。模型利用HLL格式的近似Riemann解计算界面通量。为了获得更高的分辨率,采用TVD-MUSCL格式和Hancock格式将计算格式的整体精度提高到二阶,并且采用通量替换的方法保证了计算格式的守恒性。通过物理模型试验资料对数学模型进行了验证,结果表明该模型能准确地模拟各种复杂的明渠水流运动,具有良好的稳定性和适用性。 展开更多
关键词 数学模型 明渠水流 有限体积法 HLL格式
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有无植物条件下明渠水流紊动特性对比 被引量:21
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作者 吕升奇 唐洪武 闫静 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2007年第6期64-68,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 水流紊动 明渠水流 ADV 流速分布 有植物明渠
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粗糙透水床面明渠水流的垂线流速分布 被引量:8
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作者 陈兴伟 林木生 +1 位作者 程年生 林炳青 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期849-854,共6页
为了进一步揭示粗糙透水床面明渠水流运动特性,针对垂线流速分布研究存在的问题,根据边界层理论,推导了含有摩阻流速、理论床面流速和原点位移等3个参数的修正对数公式;通过水槽试验,运用激光多普勒测速仪,分别对用直径1cm玻璃珠... 为了进一步揭示粗糙透水床面明渠水流运动特性,针对垂线流速分布研究存在的问题,根据边界层理论,推导了含有摩阻流速、理论床面流速和原点位移等3个参数的修正对数公式;通过水槽试验,运用激光多普勒测速仪,分别对用直径1cm玻璃珠构成的粗糙不透水和透水床面明渠水流的垂线流速分布进行了测量。结果表明:推导的修正对数公式与实测符合很好;相同水流条件下,透水床面的摩阻流速要大于不透水床面,各自的阻力系数保持基本不变;理论床面流速是主流平均流速的0.35—0.45倍,且床面相对流速随着雷诺数的增大而略有减小。 展开更多
关键词 垂线流速分布 对数公式 透水床面 明渠水流
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明渠水流自掺气发展区水气结构分析 被引量:5
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作者 卫望汝 邓军 +1 位作者 田忠 张法星 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期704-712,共9页
为研究明渠水流自掺气发展区内水气结构特征,采用针式掺气流速仪对自掺气发展区内气泡尺寸与数量进行了试验研究,比较了气泡尺寸与数量随自掺气发展的变化规律,结果显示,同一水流断面上,随着掺气浓度的减小,气泡弦长尺寸分布范围与弦长... 为研究明渠水流自掺气发展区内水气结构特征,采用针式掺气流速仪对自掺气发展区内气泡尺寸与数量进行了试验研究,比较了气泡尺寸与数量随自掺气发展的变化规律,结果显示,同一水流断面上,随着掺气浓度的减小,气泡弦长尺寸分布范围与弦长平均值逐渐减小,掺气区内小尺寸气泡在数量上占有较大的比例,而大尺寸气泡则在含气量上占有较大的比例,分析认为从水面附近高掺气浓度区至自掺气区域底缘低掺气浓度区,明渠自掺气水流水气结构发展过程为"水面变形为主—水面变形与个体空气泡共存—个体空气泡",为进一步研究明渠自掺气形成机理提供了一定的参考。 展开更多
关键词 明渠水流 自掺气 水气结构 掺气浓度 气泡尺寸
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基于Fluent的明渠水流三维数值模型验证 被引量:11
7
作者 鲁婧 王向东 +1 位作者 关见朝 王昭艳 《科学技术与工程》 北大核心 2012年第32期8579-8582,共4页
基于Tominaga和Nezu等人的矩形明渠试验模型数据,利用Fluent软件,分别采用刚盖假定方法和VOF方法,模拟明渠自由水面,对比研究不同宽深比条件下的明渠水流特性。通过分析研究得到:与刚盖假定法得到的模拟值相比,VOF模拟值更接近试验值,且... 基于Tominaga和Nezu等人的矩形明渠试验模型数据,利用Fluent软件,分别采用刚盖假定方法和VOF方法,模拟明渠自由水面,对比研究不同宽深比条件下的明渠水流特性。通过分析研究得到:与刚盖假定法得到的模拟值相比,VOF模拟值更接近试验值,且VOF方法模拟得到数据显示在宽深比小于5时,垂线最大流速出现在相对水深0.6~0.8的范围内,这与传统理论研究也是相符合的。 展开更多
关键词 明渠水流 刚盖假定法 VOF法
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含柔性沉水植物明渠水流运动特性试验研究 被引量:9
8
作者 陈界仁 朱晓丹 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2008年第3期16-19,共4页
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... 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。 展开更多
关键词 明渠水流 柔性沉水植物 LDV 流速分布 水流紊动强度 雷诺应力
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明渠水流自由面失稳与滚波发育研究 被引量:4
9
作者 王玉海 喻国华 胡彦君 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第6期881-886,共6页
滚波(roll wores)是明渠均匀水流自由面失稳后发育的一系列波动现象。它的发生会带来诸多不利后果,如溢流、掺气、对河(渠)道水工建筑物的超负荷压力或应力等。滚波具有浅水长波的特征,因而利用一维浅水方程开展滚波问题的研究,取得了... 滚波(roll wores)是明渠均匀水流自由面失稳后发育的一系列波动现象。它的发生会带来诸多不利后果,如溢流、掺气、对河(渠)道水工建筑物的超负荷压力或应力等。滚波具有浅水长波的特征,因而利用一维浅水方程开展滚波问题的研究,取得了丰富的成果:如判定自由面稳定性的临界弗劳德数、演化方程的理论解及试验、数值研究等。构建能够更好地刻画滚波波动特征的理论模型,研究浑水、动床(包括床面变形)条件下滚波的形成及其演化规律,是今后滚波研究的一个重要方向。 展开更多
关键词 明渠水流 自由面 稳定性 滚波 浅水方程 动床
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苦草对明渠水流运动特征影响的试验 被引量:3
10
作者 武迪 赖建武 +3 位作者 张英豪 庞翠超 汪德爟 赖锡军 《水电能源科学》 北大核心 2014年第2期110-113,174,共5页
为了解含植被水流运动规律,以柔性植物苦草为对象,在室内水槽中开展了苦草斑块对水流时均运动特征影响的试验,观测分析了不同水流(断面平均流速分别为3、5、10cm/s)和不同植株密度(172、86、43、0株/m2)条件下含苦草水流的流速分布结构... 为了解含植被水流运动规律,以柔性植物苦草为对象,在室内水槽中开展了苦草斑块对水流时均运动特征影响的试验,观测分析了不同水流(断面平均流速分别为3、5、10cm/s)和不同植株密度(172、86、43、0株/m2)条件下含苦草水流的流速分布结构。结果表明,植被斑块对水平流速分布有影响,在斑块尾部边缘有涡的产生;由于植被的阻流作用,使得植被斑块内部流速沿程减小,斑块外围流速沿程增大;垂线流速呈S型,可划分为底边界层区、冠层次级最大流速区、冠顶过渡区及冠层上部对数流速分布区。植株密度对冠层次级最大流速区影响最为显著,密度越大,流速削减越迅速,逆转梯度越大;断面平均流速越大,植被对水流的影响越显著。 展开更多
关键词 明渠水流 柔性植物 时均流速 逆转梯度
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明渠水流阻力系数计算公式分析与比较 被引量:3
11
作者 何文学 魏恩甲 李茶青 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2002年第2期15-18,共4页
按不同流态及流区对明渠水流阻力系数的计算公式进行了归纳和总结。以实测资料为依据 ,利用不同的阻力系数计算公式按明渠均匀流理论分别计算了实际输水明渠的过流能力 ,并将计算流量与实测流量进行对比 ,其相对误差在 - 7.9%~ 2 .6 8... 按不同流态及流区对明渠水流阻力系数的计算公式进行了归纳和总结。以实测资料为依据 ,利用不同的阻力系数计算公式按明渠均匀流理论分别计算了实际输水明渠的过流能力 ,并将计算流量与实测流量进行对比 ,其相对误差在 - 7.9%~ 2 .6 8%之间。其中 ,以紊流粗糙区的指数型公式和对数型公式的相对误差为小 (- 2 .0 %~2 .6 8% )。在粗糙系数一定的条件下 ,不同阻力计算公式求得的阻力系数相差不大。从工程实用和计算方便的角度考虑 ,指数型公式较其它形式有更好的适应性 ,其计算的精确性往往取决于粗糙系数n的选择 。 展开更多
关键词 明渠水流 阻力系数 计算公式 粗糙系数
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有植被突扩明渠水流特性试验 被引量:3
12
作者 王泽 张静 《排灌机械工程学报》 EI 2011年第1期45-49,共5页
通过水槽试验分别研究在沉水植物水蕨和挺水植物富贵竹两种植被作用下的突扩式明渠水流特性,采用声学多普勒测速仪,测量突扩前后不同垂线、不同测点的瞬时流速,计算得出时均流速分布,分析其变化特征,探讨突扩明渠中植物对水流内部结构... 通过水槽试验分别研究在沉水植物水蕨和挺水植物富贵竹两种植被作用下的突扩式明渠水流特性,采用声学多普勒测速仪,测量突扩前后不同垂线、不同测点的瞬时流速,计算得出时均流速分布,分析其变化特征,探讨突扩明渠中植物对水流内部结构的影响.试验发现:在种植植被前,中垂线上突扩前后流速均呈半对数分布,而种植植被后,水流受两种不同植物的影响而产生不同的变化趋势,有沉水植物的情况流速分布可分为3层,即植被冠层内、植被层之上和过渡层,且过渡层有随流逐渐增大的趋势,有挺水植物情况由于植物不同部位阻水效应的差异,使得流速呈现'3'型分布.位于扩散段回流区内的左垂线流速分布更加复杂,不服从半对数关系.种植植被后,同一垂线不同流量下水流的流速分布有很大变化,并且流速分布的变化率随流量的增大而增大. 展开更多
关键词 明渠水流 突扩 植被 声学多普勒测速仪 流速分布
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冲积床面上明渠水流湍流特性及其与底层泥沙起动关系的试验研究 被引量:6
13
作者 白玉川 许栋 张雪岩 《自然科学进展》 北大核心 2005年第4期439-445,共7页
利用声学Doppler测速仪测量了明渠水流在不同水深、流速、泥沙粒径情况下的瞬时流 速分布和泥沙起动流速,研究了可动粗糙床面明渠水流的湍流特性.利用实测断面流速分布,采 用非线性回归拟合出对数律流速分布的各参数,进而参照 的实验曲... 利用声学Doppler测速仪测量了明渠水流在不同水深、流速、泥沙粒径情况下的瞬时流 速分布和泥沙起动流速,研究了可动粗糙床面明渠水流的湍流特性.利用实测断面流速分布,采 用非线性回归拟合出对数律流速分布的各参数,进而参照 的实验曲线研究了冲积床面上明 渠的阻力分布规律,计算出各断面的相对脉动强度、Reynolds应力、湍流动能,并对各种不同情 况下的明渠湍流分布规律进行了比较,描述了各粒径泥沙在不同水深情况下的起动流速以及泥沙 起动时明渠底层各湍流特征的变化情况,研究探讨了冲积床面上明渠湍流各特征量的变化分布规 律以及泥沙起动与水流湍流特性的内在关系. 展开更多
关键词 泥沙起动 湍流特性 明渠水流 试验研究 冲积 底层 Reynolds应力 流速分布 分布规律 起动流速 泥沙粒径 粗糙床面 回归拟合 曲线研究 脉动强度 湍流动能 变化情况 湍流特征 内在关系 测速仪 对数律 非线性 特征量 水深 断面
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明渠水流的紊动特性 被引量:22
14
作者 王兴奎 《水力发电学报》 EI CSCD 北大核心 1993年第4期12-21,共10页
本文采用先进的二维激光流速仪系统地量测了明渠水流的紊动特性,探讨了明渠水流的紊动机理。根据实测资料,得出了各种紊动统计参数的数学表达式,为研究水流的紊动结构及悬移质泥沙的运动机理提供了可靠的验证资料。
关键词 明渠水流 紊动特性 流速仪
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非接触式明渠水流监测技术的发展现状 被引量:28
15
作者 徐立中 张振 +2 位作者 严锡君 王慧斌 王鑫 《水利信息化》 2013年第3期37-44,50,共9页
近年来,非接触式明渠水流监测技术在传感器及嵌入式技术的推动下取得了很大进步,基于声学、光学、电波及图像的测流仪器显著提高了水文测验及水利量测的效率及安全性。分析几种非接触式测流仪器的原理、性能及适宜性,以水文测验和水利... 近年来,非接触式明渠水流监测技术在传感器及嵌入式技术的推动下取得了很大进步,基于声学、光学、电波及图像的测流仪器显著提高了水文测验及水利量测的效率及安全性。分析几种非接触式测流仪器的原理、性能及适宜性,以水文测验和水利工程为背景提出现代明渠水流监测技术的应用需求,指出多源传感器信息融合技术的应用是新技术的发展方向,研发具有我国自主知识产权的核心技术和仪器设备是当前经济社会发展和河流相关科学研究的迫切需求。 展开更多
关键词 水文测验 明渠水流监测 非接触式 测流仪器 应用展望
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明渠水流速度对自掺气发展影响的试验研究 被引量:2
16
作者 卫望汝 邓军 《中国科技论文》 CAS 北大核心 2014年第11期1243-1246,共4页
采用针式掺气浓度仪对有压出口后明渠水流表面自掺气的发展过程进行了详细测量,研究了不同出口流速条件下掺气发展区的掺气浓度分布及其沿程发展变化情况,分析了流速对自掺气发展的影响。试验结果表明:随着出口流速的增大,相同断面处水... 采用针式掺气浓度仪对有压出口后明渠水流表面自掺气的发展过程进行了详细测量,研究了不同出口流速条件下掺气发展区的掺气浓度分布及其沿程发展变化情况,分析了流速对自掺气发展的影响。试验结果表明:随着出口流速的增大,相同断面处水流平均掺气浓度不断增加,掺气区向渠道底板扩展更加充分;在断面平均掺气浓度相同的条件下,水流速度越大,水体紊动程度越高,气泡向渠道底板方向扩散越明显。结合紊动扩散理论分析,认为流速对明渠自掺气扩散的影响包括提高水流掺气浓度和增大水体紊动扩散系数两个方面。 展开更多
关键词 自掺气 流速 掺气浓度 明渠水流
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含柔性植被明渠水流水力特性的试验研究 被引量:2
17
作者 任姗 冯民权 《水资源与水工程学报》 CSCD 2020年第3期186-192,199,共8页
采用粒子图像测速(PIV)技术对含柔性淹没植被明渠水流的水力特性进行试验研究。利用人造水草模拟天然柔性植被,对不同密度、不同流量条件下含柔性植被明渠恒定均匀流场进行了测量,得到了淹没植被情况下纵向流速、雷诺应力、紊动强度沿... 采用粒子图像测速(PIV)技术对含柔性淹没植被明渠水流的水力特性进行试验研究。利用人造水草模拟天然柔性植被,对不同密度、不同流量条件下含柔性植被明渠恒定均匀流场进行了测量,得到了淹没植被情况下纵向流速、雷诺应力、紊动强度沿垂向分布与曼宁系数的变化情况。试验结果表明:纵向流速的垂向分布可以分为3区,包括自由水面区、中间冠层区和近床面区。自由水面区流速随植被密度增大而增大,中间冠层区与近床面区流速随植被密度增大而减小。雷诺应力与紊动强度的峰值出现在植被冠区顶部附近,并随着植被密度增大而增大。 展开更多
关键词 明渠水流 水力特性 柔性植被 植被密度 流速 雷诺应力 紊动强度
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含双重植物明渠水流特性研究 被引量:6
18
作者 王忖 《水电能源科学》 北大核心 2010年第9期70-72,33,共4页
以典型沉水植物狐尾藻和挺水植物菖蒲为研究对象,采用三维多普勒超声测速仪(ADV)对含双重植物明渠恒定水流的水力特性进行了试验研究,分析了含双重植物明渠水流的水力学特性及阻力特性并得出其曼宁糙率n的变化规律。结果表明,含双重植... 以典型沉水植物狐尾藻和挺水植物菖蒲为研究对象,采用三维多普勒超声测速仪(ADV)对含双重植物明渠恒定水流的水力特性进行了试验研究,分析了含双重植物明渠水流的水力学特性及阻力特性并得出其曼宁糙率n的变化规律。结果表明,含双重植物的垂向流速分布基本呈"3"型分布,其紊流具有明显的各向异性特性,底层狐尾藻仅对其高度区域内的流速有较大影响,对高于其植物高度区域的断面流速影响不大。 展开更多
关键词 植物高度 明渠水流 特性研究 VEGETATION Open Channels Flow Characteristics 断面流速 狐尾藻 水力学特性 三维多普勒 超声测速仪 阻力特性 研究对象 挺水植物 水力特性 试验研究 区域 曼宁糙率 各向异性 分布
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明渠水流淹没植被阻力系数计算公式研究 被引量:3
19
作者 贾凤聪 王伟杰 +4 位作者 张晶 韩会玲 赵进勇 王宇飞 彭文启 《水电能源科学》 北大核心 2022年第3期132-135,共4页
阻力系数是评估明渠水流过流能力的一个重要参数,而对于含植被明渠水流运动,水流结构和流速分布特性较为复杂,传统的明渠水力学公式不再适用。采用经典Darcy-Weisbach方程,通过对含植被河道阻力系数理论分析,识别出影响阻力系数的关键... 阻力系数是评估明渠水流过流能力的一个重要参数,而对于含植被明渠水流运动,水流结构和流速分布特性较为复杂,传统的明渠水力学公式不再适用。采用经典Darcy-Weisbach方程,通过对含植被河道阻力系数理论分析,识别出影响阻力系数的关键因子为植被淹没度和无量纲化阻力长度,进而基于广泛搜集的水槽试验数据,利用最大差异性算法和遗传算法确定了淹没植被环境下的阻力系数计算公式。结果表明,基于数据驱动求解的阻力系数公式具有相对简洁的形式,预测能力相对于已有公式有较大提升,能应用于含植被河道阻力系数计算中,为植被生态修复后的防洪评价提供技术支撑。 展开更多
关键词 阻力系数 淹没植被 明渠水流 遗传算法 最大差异性算法
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明渠水流紊动特性的LDV试验研究 被引量:5
20
作者 苏丽 贾国珍 《水电能源科学》 北大核心 2011年第3期95-96,47,共3页
在可变坡矩形玻璃水槽内,利用激光多普勒流速仪(LDV)测量了水流发展段内不同水深、不同断面的瞬时流速,获得了时均流速、紊动强度、雷诺应力沿水深的分布。试验结果表明,紊流发展段内与充分发展段内水流的紊动特性存在一定差异,但亦有... 在可变坡矩形玻璃水槽内,利用激光多普勒流速仪(LDV)测量了水流发展段内不同水深、不同断面的瞬时流速,获得了时均流速、紊动强度、雷诺应力沿水深的分布。试验结果表明,紊流发展段内与充分发展段内水流的紊动特性存在一定差异,但亦有一定的规律性。 展开更多
关键词 明渠水流 LDV 紊动特性 流速分布 紊流发展段
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