光滑溢流坝面水流的紊动特性

本文利用自制的一维偏振差动式激光测速系统对整个溢流坝面水流,特别是反弧段水流进行了精细的量测,给出了整小溢流坝面x方向(流向)紊流强度。沿x,y两个方向的分布,并利用二维激光测速系统测出了反弧段y方向(法向)紊流强度的分布.从而可看出紊流强度沿流程在各不同区段及沿水深在各不同流区中的分布特点.由于凹曲率壁面的影响,整个反弧段边界层外区及势流区(应称外流区)x和y两个方向的脉动均明显加剧.外流区的紊流强度无论是还是沿水深都不再保持不变,而呈现出脉动自边界层水流向自由水面扩散的趋势.边界层外区及外流区沿程紊流强度在反弧中心点上下游有急剧变化,下游较上游有较大增加.     

电容感应式架空输电线路覆冰厚度传感器的研究

利用同面多点电容感应技术,设计了一种实时测量输电线路覆冰厚度的传感器.传感器基于电容感应技术,通过测量模拟输电导线周围不同位置金属电极的电容值变化,并对电容值进行分析与计算,得出模拟导线上的覆冰厚度.通过对同面多个金属导线电极电场、电容的理论分析、仿真,以及低温下对系统的冰冻试验,验证了传感器在监测输电线路覆冰厚度的可行性.     

同面多极电容感应式冰层厚度传感器的设计及应用

同面多极电容感应式冰层厚度传感器是基于空气、冰与水不同的介电特性,通过对空气层、冰层和冰下水层电容值进行分层测量,从而实现对冰层厚度与水位高度自动检测的一种新型冰情检测传感器.主要融合了单片机技术和电子信息采集,处理,转换技术.利用Maxwell软件对其机理进行仿真,对实验数据进行分析,论证了同面多电极电容感应式冰厚传感器的测量原理;通过分析该传感器在黄河内蒙段的现场检测数据,证明该传感器具有准确度高、误差小、稳定等优点,并能在低温、辐射和强烈振动等恶劣环境下工作,非常适合野外环境中使用.     

冰下流场动力学特性的数值模拟研究

在控制海冰运动的各项外力中,风、流的拖曳力起到了决定性作用;其中流拖曳力包括由于冰侧或冰脊压力梯度产生的形拖曳力和由于水流在冰底面的粘性作用产生的摩拖曳力.基于计算流体动力学软件FLUENT针对光滑冰底冰块进行二维数值模拟,分别得到5种不同入水深度、8种水流速度共40种工况下的冰下流场分布及冰块所受流体拖曳力.经对比发现,数值计算结果与物理模型实验结果吻合较好,从而验证了该数值模型在模拟冰下流场及拖曳力时的有效性.流场计算结果显示,冰下受影响流场区域随入水深度增加而扩大,尾流场近浮冰区域存在涡流,并且涡动中心随着入水深度的增加而逐渐远离浮冰尾部.拖曳力计算结果表明浮冰所受拖曳力与流速平方存在线性关系.     

黄河河道冰水情定点连续自动检测及数据分析

根据黄河中上游流域冰水情监测以及预防凌汛灾害的需求,设计了一种适合黄河河道的冰水情自动测报系统.该系统由基于空气、冰与水电阻特性差异的冰层厚度传感器、DS18B20的温度梯度传感器以及智能处理仪构成.采用该系统在内蒙托克托县黄河河道进行了黄河封冻期河道冰层厚度连续监测试验,获取了大量的现场实测数据,对采样数据进行分析,提出了判别冰层厚度的平均滤波算法,实现了对冰层生消变化全过程的自动监测.     

一个建模问题的讨论

原型和模型是一对对偶体 ,后者来自前者 ,是一种替代物 .由原型到模型要经过对原型的简化和加上人为的一些假设 ,往往不是一个同构对应 ,只是单一方面的不失真的近似反映 .平时 ,我们遇到的实际问题一般是建立一种数学模型 ,一个原型去建两个模型或更多合理吗 ?下面是某市 2 0 0 2年高三质量检测题中的一道实际应用题 .一水库上游河道每天有固定流量的水流入水库 ,同时又有等量的水通过下游河道流出 ,使水库中的水的体积保持在 2 0 0万米3,由于受到污染 ,水库中的水含某种不能分解的污染物浓度已达到0 .2 5克 /米3.目前 ,上游污染已得到治理…     

喀喇昆仑山巴托拉冰川及其变化

联结中国和巴基斯坦两个友好邻邦的公路,在喀喇昆仑山系的西北部通过著名的巴托拉冰川末端,因此冰川进退和融水河道的变迁对公路有很大影响.中国冰川考察组于1974—1975年应用地面摄影测量方法测制了巴托拉流域1:50000地形图.在新冰川期巴托拉冰川前进至现代冰川末端以下2.5公里处;在200年前与1885—1925年间,冰川均前进至洪扎河床.本世纪三十至六十年代,冰川后退,主流线上的大冰崖退至距洪扎河岸800米处.但1975年的冰崖位置较1966年又前进了100米,附近冰面也有明显升高(平均15米).考察组对冰川下游20公里范围内进行了详细的冰流速、消融和厚度的测量,预测本世纪内冰川将继续前进180—240米,在距公路300米左右处停止.在九十年代将转入新的衰退时期,1973年起形成的融水道也有较长的(可能延续至下世纪初)稳定时间.     

考虑滩地植被的复式断面河道水流的二维解析解

针对滩地植被化的复式断面河道的水流特性,从沿水深积分的紊流时均运动微分方程出发,基于恒定均匀流的假设,给出了植被作用下河道水流水深平均流速沿横向分布的二维解析解.其中,将植被对水流的影响归结为拖曳力项,在模型中计及了二次流的影响,并对二次流强度系数K的取值进行了初步探讨.分别对顺直河道横断面和蜿蜒河道的顶点断面进行了计算,计算结果与试验资料符合良好,表明给出的二维解析解可用于植被作用下复式断面河道水流水深平均流速沿横向分布的数值预报.     

南极中山站周边水环境冰情监测系统的设计与研究

系统实现对南极中山站周边冰、水环境的长期连续实时监测,可以为分析南极环境变化是否对全球气候异常变化造成影响提供最基本的科学数据.利用空气,冰与水介质的电导率不同的原理用微控制器控制冰情检测传感器来实现冰水环境的自动化监测,设计了可以实现冰厚度、水深度、温度的定点连续冰情监测系统,监测数据可以存储在系统内嵌的SD存储卡中,方便观测人员进行调用.通过卫星实现数据无线传输.     

河口混合过程的研究 *

根据河口水流运动特点 ,应用平板振荡边界层理论及波流分解方法 ,导出了往复运动水流的流速垂向结构 ,据此建立了河口准二维盐度数学模型 ,并得到实测资料验证 .应用该模型研究河口混合过程 ,得到了盐度分布、盐度锋强度随径流和潮差定量变化的规律 .模型具有物理机理清晰 ,所需CPU时间短的优点.     

A moving boundary problem derived from heat and water transfer processes in frozen and thawed soils and its numerical simulation

The seasonal change in depths of the frozen and thawed soils within their active layer is reduced to a moving boundary problem,which describes the dynamics of the total ice content using an independent mass balance equation and treats the soil frost/thaw depths as moving(sharp)interfaces governed by some Stefan-type moving boundary conditions,and hence simultaneously describes the liquid water and solid ice states as well as the positions of the frost/thaw depths in soil.An adaptive mesh method for the moving boundary problem is adopted to solve the relevant equations and to determine frost/thaw depths,water content and temperature distribution.A series of sensitivity experiments by the numerical model under the periodic sinusoidal upper boundary condition for temperature are conducted to validate the model,and to investigate the effiects of the model soil thickness,ground surface temperature,annual amplitude of ground surface temperature and thermal conductivity on frost/thaw depths and soil temperature.The simulated frost/thaw depths by the model with a periodical change of the upper boundary condition have the same period as that of the upper boundary condition,which shows that it can simulate the frost/thaw depths reasonably for a periodical forcing.     

Finite Element Simulation of Frost Wedging in Ice Shelves

Break-up events in ice shelves have been studied extensively during the last years. One popular assumption links disintegration events to surface melting of the ice shelf in conjunction with growing melt-water ponds, leading to hydro-fracture. As this explanation only holds during warm seasons [1], the possibility of frost wedging as forcing mechanism for autumn and winter break-up events is considered. Frost wedging can only occur if a closed ice lid seals the water inside the crack. Hence, the present study of frost wedging in a single crack uses ice lid thicknesses to evaluate the additional pressure on the crack faces. The investigation of the resulting stress intensity factor as a measure of crack criticality follows consequently. The results show that freezing water inside a crack can result in unstable crack growth of an initially stable water filled crack. (© 2014 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

基于DS18B20的冰层温度梯度-厚度传感器的设计

根据高寒地区河流结冰时,河道冰情监测点垂直柱面内空气、冰与水三种介质所表现出的不同温度特性,设计了基于DS18820温度传感器的高显示分辨率冰层温度梯度一厚度自动化检测传感器,传感器内部采用单总线结构,通过MSP430单片机的控制实现了温度梯度各监测点的数字化数据采集,使传感器具有结构简单、功耗低、抗干扰能力强等优点.将新型传感器安装在内蒙古三湖口黄河河道并进行了连续两个月的现场冰情数据采集试验,传感器获得了黄河河道监测点系统的温度梯度数据.通过对采集获得的冰层温度梯度数据的进一步分析,可以全面掌握河道冰层变化的状况,实验结果表明这一新的冰层温度梯度一厚度传感器是一种更加适应于工程应用的冰情检测设备.     

彩信图像监测技术在河道冰-水情远程无人监测中的应用

针对黄河中上游冰凌灾害预报系统的建设,设计研制了黄河河道冰、水情图像远程无人自动监测系统.该系统基于GPRS移动通信中彩信图像数据传输技术,利用单片机控制摄像探头采集和压缩黄河河道现场冰情图像信息,通过GPRS网络以彩信格式发送到用户手机,实现了对黄河河道冰情图像的无线远程实时监测.该系统可以使冰情检测人员在移动过程中随时获取河道实时冰情图像信息,更加适合野外环境下冰凌灾害预防的监测与预报,具有较大的工程应用价值.     

Simulation of nitrogen contaminant transportation by a compact difference scheme in the downstream Yellow River,China

The rapid agricultural development of the Yellow River basin in China has caused serious potential water pollution to the vicinal areas. In this paper, a compact scheme is developed and employed to simulate the unsteady transportation of three representative water quality variables including ammonia nitrogen, nitrite nitrogen and nitrate nitrogen in the downstream Yellow River. As an extension of Ref. [Yang ZF, Chen GQ. The compact fourth-order finite difference scheme for the unsteady convection–diffusion equation involving source term. Chin Sci Bull 1993;38(2):113–6 [in Chinese]], the scheme is applied to the more general convection–diffusion equation with complicated terms reflecting the mutual action of water and sediment, which conforms to the characteristic of high sediment concentration of the Yellow River. The simulation results indicate that the error yielded from the proposed method is smaller than that of the referenced scheme (five-point hybrid scheme) in solving the water quality equation.     

基于ZigBee技术的黄河河道冰情多点监测系统设计

针对黄河河道冰情的多点监测问题,提出了一种基于ZigBee技术的河道冰层厚度多点监测系统的设计方案,简要介绍了ZigBee技术的主要特点,冰层厚度传感器结构与检测原理,提出了基于ZigBee的黄河河道冰情多点监测系统结构,讨论了监测系统硬件与软件的设计思路,利用系统可以实现黄河河道局部区域内多点冰情远程无人连续自动监测.     

A pair of stream functions for three-dimensional vortex flows

Introducing a vector potential, that is based on a pair of stream functions, and a velocity potential, antisymmetric equations for the stream functions are derived with the help of a variational principle. It is found that the equations are in a suitable form to investigate flows with helical symmetry, and, for example, to connect upstream axisymmetric flows with downstream helical flows. The special case of a transition from an upstream solid-body vortex to a downstream helical flow is investigated in detail. Furthermore, the stream-function equations are particularly useful to investigate general small-amplitude inertia waves on vortex flows. Time-dependent helical flows that are time-independent in a suitably rotating frame of reference can also be discussed with the proposed method.     

黄河万家寨水利枢纽水库冰情定点连续自动监测系统的设计与应用

基于空气、冰与水的物理特性差异实现对冰水情连续自动检测的原理,作者设计、研制了适应高寒地区水电大坝冰情定点连续监测的冰水情自动检测传感器与信号采集系统,通过在黄河万家寨水利枢纽水库现场对冰情近4个月的冬季连续试验,获取了水库冰层内部系统的冰水情数据,采集数据客观反映了水库库区监测点冰层生消变化的规律,为确保引黄入晋工程的安全运行,也为高寒地区河道与水电大坝的冰情预警提供了一种可行的检测方法与设备.