不同糙体对水流和糙率特性影响试验研究

利用三维ADV进行光壁石和塑料草加糙后的流速测量,比较加糙后流速、紊动强度和雷诺应力等垂向与横向分布.结果表明:加糙后流速垂向分布呈"J"型,紊动强度略呈"J"型,雷诺应力呈">"型,且塑料草对水流特性变化的影响较大;相同参数条件下加糙间距、水深越小,流量越大,流速呈"J"型分布越明显、紊动作用也越强、雷诺应力的最大值...     

密排粗糙床面明渠水流的紊动特性

为揭示密排粗糙床面对明渠水流紊动参数的定量影响规律,采用不同直径的圆形玻璃珠制作了3种密排加糙床面,基于光滑床面和加糙床面明渠紊流PIV流场测试资料,探讨了加糙后紊动强度、雷诺应力和紊动能等参数的变化特征。结果表明:床面粗糙对紊动参数的影响主要体现在内区,而外区紊动参数的变化相对较小。加糙后纵向和垂向紊动强度相对值u'~+、v'~+在内区呈现不同的变化规律,流量相同时,粗糙雷诺数Re_*越大,v'~+越大,而u'~+越小;床面粗糙对内区水流有抑制纵向紊动和加强垂向紊动的双重作用,而对外区水流有加强纵、垂双向紊动的作用;床面加糙对垂向紊动强度的影响总体大于纵向。加糙后内、外区的雷诺应力绝对值均增大,内区增幅尤为明显,雷诺应力增大的原因在于水流质点混掺强度和频次均增大。不同工况紊动能相对值E~+在内区差异明显,随着相对水深η的增大,E~+差异逐渐减小,在水面附近趋于一致;加糙后内区紊动能绝对值总体减小,而外区紊动能绝对值有所增大,内、外区紊动能变化与床面粗糙抑制水流纵向紊动强度和加强质点垂向混掺作用等因素有关。     

矩形明渠中矩形边墩周围紊动强度和雷诺应力分布特性试验

利用声学多普勒流速仪(ADV)测量矩形断面明渠中矩形边墩周围不同垂线、不同测点的瞬时流速,计算出水质点的三维相对紊动强度和雷诺应力,分析其变化特征。试验表明,紊动强度和雷诺应力在边墩周围明显增大且具有相类似的分布特征。该研究可为水流的紊动结构、丁坝与桥梁矩形边墩的水流紊动特性和冲刷机理提供验证资料。     

矩形水槽水流紊动特性分析

采用三维超声流速仪系统地测量矩形水槽水流紊动特性,对紊动拟序结构中的准周期、频率、周期函数、概率密度函数等进行了定量的数学描述,并对时均流速、紊动强度、雷诺应力等沿垂线分布问题作了较为深入的分析计算。为研究水流的紊动结构及悬移质泥沙的运动机理提供了验证资料,加深了对水流紊动结构的了解。     

有无植物条件下明渠水流紊动特性对比

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。     

变断面明渠柔性植物水流特性试验研究

在变断面明渠,利用ADV测量流速,研究断面突然扩大情况下模型植物和真实植物的水流特性。结果表明:在水流稳定区域,布设真实鸢尾草和塑料鸢尾草模型的流速分布、雷诺应力分布和紊动强度分布具有一定相似性;雷诺应力和紊动强度在相对水深为0.6～1.1区域达到峰值,且从峰值区域向两端递减,总体上植物下部区域的紊动强度比植物上部区域大;同种植物紊动强度沿x、z方向的分布形式存在较大差别,紊动强度存在明显各向异性。     

桩群排列方式对水流结构特性的影响

利用室内水槽试验模拟了桩群不同排列方式工况下水流的运动规律,借助三维超声波多普勒测速仪(ADV)量测了不同断面、不同垂线、不同测点的时均流速,得到了不同工况下的流速分布、紊动强度、雷诺应力,并分析了它们的变化特征。结果表明:桩群使流速重新分布,在桩群区与非桩群区交界处流速明显减小,且桩群布置密度大时,水流绕流流速最大;当桩群排列方式改变时,各断面的三向紊动强度都会发生较大改变,但是对于某一方向上的紊动强度各断面仍有一定的相似性;修桩后雷诺应力分布规律有所不同,水流上侧的雷诺应力较大;桩群排列方式的改变不仅使雷诺应力沿程变化较大,而且改变了雷诺应力时均值的大小及最大值出现的位置。     

开孔促淤板周围水流紊动特性试验研究

为深入了解开孔促淤板周围的水流特性,通过室内概化水槽试验分析了开孔促淤板前后的水流紊动特性,采用声学多普勒流速仪(ADV)测量了开孔促淤板前后典型断面上的三维瞬时流速,分析了典型断面上的时均流速、紊动强度、雷诺切应力和紊动能的分布规律。试验结果表明:板后近板区出现回流区,且回流区与开孔促淤板格栅位置相对应;板后水流相对紊动强度、雷诺切应力及相对紊动能明显大于板前,开孔促淤板对板后近板区水流影响较大;随着与开孔促淤板距离的增大,回流现象消失,流速变化趋于稳定,水流相对紊动强度减小且最终趋于稳定,相对紊动能出现折减且折减率逐渐降低;靠近近板区xOy面雷诺切应力大于yOz面雷诺切应力,靠近下游xOy面雷诺切应力与yOz面雷诺切应力相差较小。     

生态河道种植圈对水流水力特性的影响

采用三维超声波多普勒测速仪对河道生态修复中种植圈布设前后的工况量测，比较了布设种植圈前后的流速分布、紊动强度和雷诺应力的变化．结果表明，布设种植圈后，纵向流速分布波动明显，相对紊动强度和雷诺应力均略有增加．     

有植被河道的水力特性研究

利用三维超声波多普勒流速仪(ADV)量测有植被时水槽不同测点位置的瞬时流场。分析了测点位置和水深与植被高度比对时均流速分布的影响。试验结果表明植被层上下水流结构复杂,柔性植被的存在使垂线流速降低,所测得的流速分布在植被层顶部附近呈现“<”形状,在植被区域内部流速分布近似为“3”形。分析了植被区水流紊动强度和雷诺应力的垂线分布情况。水流紊动强度和雷诺应力在植被区域的上层相对较大,说明在该处发生着剧烈的质量和动量交换以及很强的剪切作用。     

Turbulence near a sandbar island in the lower Missouri River

River turbulence is spatially variable due to interactions between morphology of rivers and physical mechanics of flowing water. Understanding the variation of turbulence in rivers is important for characterizing transport processes of soluble and particulate materials in these systems. We present an exploratory effort to understand ecologically relevant flow patterns using measurements of mean flow and turbulence in a highly engineered river channel around an island in the lower Missouri River. Specifically, the profiles of mean river velocities were investigated to examine the logarithmic relation and associated parameters, including shear velocity and bed roughness. Turbulence intensity and Reynolds shear stress were compared with classic open-channel profiles and previously reported river data in the hydraulics literature. With the capability of pulse-to-pulse coherent Doppler velocity profiling in high spatial resolution, we estimated the profiles of turbulence dissipation rate using resolved one-dimensional velocity spectra. These measurement data allow us to examine the validity of turbulence production-dissipation balance and the classic open-channel profiles of turbulence statistics, including turbulence intensity, Reynolds shear stress, dissipation rate, and eddy viscosity. The field data show a strong variation of turbulence profiles in close vicinity of the river island. In shallow water depths close to the island, turbulence is substantially enhanced in comparison with classic open-channel profiles. Such turbulence enhancement is likely attributed to non-uniformity of the flow structures.     

鱼道紊流特性研究进展

鱼道内的紊流特性对于鱼类能否顺利上溯洄游至关重要。为了解鱼道内的紊流状态,综述了丹尼尔式、竖缝式、组合式、涵洞式等鱼道内紊流流速、紊动能、紊流强度、雷诺剪切应力以及漩涡等紊流特性的研究进展,分析不同鱼道内紊流的分布规律及特点,指出鱼道中的紊流强度、紊动能等均会对鱼类对栖息地的选择以及鱼类通行造成较大的影响。此外,目前国内对鱼道内漩涡紊流特性的研究较少,建议对其深入研究,以改善鱼道内水力条件,保证鱼道有效运行。     

主支汇流比对交汇区域水流脉动特性影响试验

通过多组次水槽试验,应用ADV研究入汇角为90°时不同汇流比水流条件下交汇区域的三维水流结构及其脉动特性。试验表明:支流汇入后,将对主流上游水面产生顶托影响,使得主支流水位不仅是各自流量的函数,还与主支流流量比大小有关。入汇口上游断面受影响范围很小,但下游断面受影响范围较大,越靠近入汇口一侧,受影响程度越大,影响范围接近入汇口下游收缩区外侧的剪切面。入汇口下游的主流边壁(靠近入汇口一侧)的分离区附近水流脉动强度和雷诺应力均较大,回流现象很明显,水面呈现极不规则的扭曲面。入汇口下游主流右侧(靠近分离区附近)在相对水深z*=0.2附近处,x和y方向的脉动强度易出现极大值。     

TURBULENCE TRANSPORT OF SURFACTANT SOLUTION FLOW DURING DRAG REDUCTION DEGENERATION

Turbulence transport of surfactant solution flow during drag reduction degeneration is investigated experimentally in a two-dimensional channel.Particle Image Velocimetry (P1V) system is used to take t...