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对最小耗能原理在河流动力学及河床演变学研究中的应用前景展望

已有 768 次阅读 2021-10-4 21:04 |系统分类:论文交流

认为“只有当系统处于平衡态或稳定态时,系统的能量或耗能率才取与施加于该系统的约束条件相适应的最小值”的经典最小耗能原理(最小能量原理、最小能耗率原理),早就被用于水力学,以后又被拓展到河流动力学之中,并在诸如明渠水流的流速分布与含沙量分布、床面沙波的运动与消长、滩槽的成因与变迁、河床纵横断面的形态、河流蜿蜒发展的倾向性及冲积河流的稳定河型等方面都取得了许多有意义的成果[1-6]。但由于在一般情况下,真实的河流不能认为是处于稳定态的(当然更不能认为是处于平衡态的),因此在将上述经典理论应用到解决有关河流动力学的具体问题时,总令人感到有几分疑虑和带有一定的局限性[7]。另外,由于只有在边界条件恒定的条件下,系统才能达到平衡态或稳定态,因此上述经典理论也不能用于河床演变过程的研究。

最小耗能原理,由于去掉了要求边界条件恒定以及“平衡态”或“稳定态”这些附加限制性条件,并可适用于河流实际流动过程中的任意时刻,这样显然就可以消除因应用经典理论而带来的各种疑虑和局限性。由此可见,最小耗能原理完全有可能使现有的,有关河流动力学和河床演变学在这方面的研究成果更加趋于完善和合理。笔者曾就以上问题,与天津大学的徐國宾和美国科罗拉多大学的杨志达两先生,在文献[8-14]中进行过深入的公开探讨。

 

 

参考文献 

[1] 晖昌. 河流动力学基本问题. 北京: 水利出版社1982.

[2] YangC TSongC C S.Hydraulic Geometry and Minimum Rate of Energy Dissipation. Water Resources ResearchVol17.No.41981.

[3] YangC T. Theory of Minimum Energy and Energy Dissipation Rate. Encyclopedia of Fluid MechanicsGulf Publishing Company1986.

[4] 钱宁张仁周志德. 河床演变学. 北京: 科学出版社1987.

[5] FinlaysonBruch A. The Method of Weighted Residuals and Variational Principles.Academic PressInc. 1972.

[6] Yang C T. Dynamic Adjustment of Rivers.River Sedimentation.edited by Wang S Y etc 1986.

[7] 直林. 评河流最小能耗理论. 泥沙研究, 1991年6月(第2期).

[8] 徐國宾杨志达. 基于最小熵产生原理与耗散结构和混沌理论的河床演变分析.水利学报2012,43(8).

[9] 周筑宝. 对徐國宾、杨志达两先生某些论点的讨论.水利学报2014,45(1).

[10] 徐國宾杨志达. 对周筑宝先生讨论意见的答复. 水利学报2014,45(8).

[11] 周筑宝. 对徐國宾、杨志达两先生某些论点的再讨论. 水利学报2015,46(11).

[12] 徐國宾.对周筑宝先生再讨论意见的答复. 水利学报2017,48(1).

[13] 周筑宝. 关于对徐國宾、杨志达两先生某些论点讨论的小结. 水利学报 2017,48(11).

[14] 为笔者<科学网>博客题为关于对徐國宾、杨志达两先生某些论点讨论的小结博文.

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1 尤明庆

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