壁面绕流结构和紊流发生率的试验研究

本文采用流场显示照相法和激光流速仪研究紊流的近壁绕流结构.实验结果表明,紊流处于光滑区、过渡区和粗糙区完全在于紊流绕过糙率后是否发生分离和分离层的发展程度,从而明确了紊流的近壁绕流的实际结构. 本试验也研究了处于层流向紊流过渡状态下的明渠水流的紊动规律.实验资料表明,过渡状态下的水流的紊动具有明显的阵发性和随机性,并实际统计了不同雷诺数下的紊流发生率.     

近壁紊流随机理论及其应用

本文概述了作者近年来在研究近壁紊流方面取得的成果。基于紊流具有多层次的涡旋结构,提出了近壁紊流的随机理论;通过对糙率尾部水流分离的研究,阐明了出现光滑区、过渡区和粗糙区的原因;通过统计分析,明确了处于从层流向紊流过渡状态下的紊动出现机率;基于对粘弹性流体方程式的分析,导出了含高分子聚合物紊流的减阻参教。应用上述理论,全面阐述了明渠流、管道流、边界层流和减阻流的时均结构、脉动结构和阻力规律,并得到了与现有试验资料一致的结果。     

糙率突减对渠道紊流边界层的影响

利用激光测速仪,对壁面自水力粗糙面突减至水力过渡面时过渡段内的明渠紊流进行了试验研究,测量了糙率突减不同水深情况下明渠紊流的纵向时均流速和脉动流速.通过实测资料,分析水深和糙率改变后内边界层发展变化规律、粗糙度及水深对内边界层厚度的影响以及糙率突减后从一种均匀紊流到形成新的充分发展紊流所需要的纵向长度.     

不同粗糙壁面人工渠道糙率影响因子试验研究

通过线性相关分析和投影寻踪回归分析,对不同粗糙壁面人工渠道糙率系数的试验结果进行数据分析,根据前期研究结果,确定弗劳德数Fr、流量Q、渠道平均水深h、绝对粗糙度Δ、底坡坡降i和雷诺数Re为影响因子,探讨各水力要素对人工渠道糙率系数影响的主次关系。结果表明:对不同粗糙壁面人工渠道糙率系数重要的影响因子为底坡坡降i、渠道平均水深h和弗劳德数Fr,其中弗劳德数Fr为改变人工渠道糙率系数较重要的影响因子,明渠水流的糙率系数随着流态的变化而变化。     

管道高含沙水流的阻力特性

试验范围包括层流区,由层流向紊流转变的过渡区和紊流区。试验用钢管长42米,内径148.2毫米,水平安装。钢管糙度有二种,用清水标定的糙度系数分别为n_1=0.0088,n_2=0.0103。用水柱差压计量测观测段的压差,管道最高流速为2.78米/秒。两种糙度的管道所采用的泥沙其中值粒径d_(50)分别为0.031,0.042毫米。含沙量的变化范围为0～630公斤/米~3,含沙量在断面内分布均匀。试验采用二种方法进行,一种是固     

明渠和管道中紊流各流区的统一规律

明渠和管道中的紊流结构,是水力学中的一个基本问题。本文试图在作者提出的河床紊流随机理论的基础上,通过对壁面糙率绕流情况的分析,导出包括光滑区、过渡区和阻力平方区在内的流速分布的统一公式和阻力系数的统一公式,为这些多年来没有解决的问题提供理论上的分析和概括。导得的流速分布的统一公式和阻力系数的统一公式,均与试验资料一致。     

均质高浓度紊流的时均结构和阻力系数

本文在均质高浓度紊流试验研究成果的基础上,应用宾汉定律和紊流随机理论,研究了均质高浓度非牛顿宾汉紊流的紊流结构。导出了时均流速和阻力系数在光滑区、粗糙区和过渡区的统一公式,并得到了现有实测资料的初步验证。     

人工加糙对明渠紊动特性影响的试验研究

利用激光测速仪，对光滑壁面及人工加糙的明渠紊流进行了试验，测量了光滑壁面、水力过渡面、水力粗糙面不同水深情况下明渠紊流的纵向时均流速及脉动流速。通过实测资料分析了人工加糙对明渠紊流紊动强度的影响，得到了光滑面、过渡面及粗糙面紊动强度的发展变化规律。     

一般形式的挟沙力公式及其分析

将浑水潜流动量方程延拓到整个含沙水流水深的范围,在稳定条件下,推出平衡含沙量的表达式,在此基础上采用水流最小能耗率原理,得到一般形式的挟沙力公式,挟沙力系数与阻力系数成正比。论证了在不同条件下,公式可以与刘家驹、韩其为、维利卡诺夫、窦国仁和张瑞瑾等公式的形式一致,并指出各公式表达形式的不同是由于阻力系数与水流雷诺数的不同依赖关系导致的。从理论上说明了各公式的适用范围,其中张瑞瑾公式中的指数范围应为0.67~1,韩其为公式指数11/12即0.92对应为紊流过渡区水流流态;刘家驹公式适用于淤泥质底床,且其系数不是常数;维利卡诺夫公式和窦国仁公式适用于紊流粗糙区水流,维利卡诺夫公式的系数是相对糙率的函数,与雷诺数无关。通过河流及近岸实测资料对文中导出的公式进行了验证,结果表明计算值与实测值吻合很好。     

粗糙床面明渠水力特性研究

粗糙床面非均匀流的水槽试验表明，非均匀流断面的垂线流速分布需用两个对数公式分别描述；粗糙床面的流速分布较光滑床面不均匀；非均匀流的紊流度分布随相对水深的增大而趋于均匀；粗糙床面非均匀流糙率系数的变化规律与光滑床面近似。     

不同水力要素对人工渠道糙率影响的主次关系

对于不同粗糙壁面的人工渠道中的均匀流,选取弗劳德数Fr、底坡比降i、雷诺数Re、流量Q、渠道平均水深h为参数,通过水力模型试验,确定这些因素对糙率系数的影响程度,分析各要素间的主次关系及相关关系。结果表明:对糙率影响较大的水力要素排序依次为弗劳德数Fr、渠道平均水深h和底坡比降i,糙率与流量、雷诺数无关。     

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。     

糙率系数特性及应用中需注意的若干问题

本文以ＡД阿利特舒利公式为基础，对糙率系数特性作了较深入分析，并把它引伸到非粗糙区流动。     

明渠渠底糙率突变对紊流摩阻流速及壁面切应力影响的试验分析

通过激光测速仪,对壁面糙率突变时的明渠紊流进行试验,测量了糙率突变不同水深情况下明渠紊流的纵向时均流速和脉动流速。通过实测资料分析不同糙率突变和不同水深的紊流摩阻流速变化情况和水流的壁面切应力的特点。     

宽浅明渠达西阻力系数统一表达式

在进行河道修复中,河道阻力系数的选择十分重要。水流分为层流区、紊流光滑区、紊流粗糙区以及过渡区。工程上常用的是穆迪图,采用分段函数表达式,应用十分不便。本文结合蔡克士大实测数据利用比例法,建立了整个流区的达西阻力系数统一表达式,为水利工程人员提供一种简便实用的计算途径。     

含植物河流动力学实验研究-流速、摩阻流速及曼宁糙率系数垂线分布

根据实验室水生植物水槽中71个断面上的点流速及水深、流量和水生植物密度，分析了：1)流速垂线分布；2)相对摩阻流速的垂线分布；3)曼宁糙率系数的垂线分布规律及水生植物密度对它们的影响。结果表明：1)含植物河流中的流速垂线分布呈三区，从下至上分别为冠层区、过渡区和冠层以上区；2)相对摩阻流速垂线分布受水槽底边壁、植物和自由水面的影响．在三个区内各不相同；3)曼宁糙率系数的垂线分布呈倒“S”形。同时，本文归纳出含植物河流流速垂线分布经验公式．该公式可进一步运用到实际河流中。     

曼宁公式与对数流速公式的转换关系

本文采用综合论证法建立了Δ/R=f(ng~(1/2)/R~(1/(?)))的关系,见正文式(14),以现有的试验资料论证了该式在乎整租糙床面符合Δ=D_(cd)的规律,适用范围较宽(4相似文献   

用分形几何理论研究圆管糙率及其实用意义

在已有紊流阻力定律与试验研究基础上,分析了当量糙率KS在计算紊流沿程阻力损失中的重要作用,以及我国水利工程沿程阻力损失计算和工程应用现状。以圆管内壁糙率为例,用分形几何理论研究了圆管糙率的分形特征,给出了圆管糙率分数维的数学模型和算例。论证了圆管糙率分数维和当量糙率KS的关系,分别讨论了管道纵、横向糙率分数维的计算方法,提供了将前人所建立的紊流阻力定律与试验结果直接用于工程实际的途径。     

天然河道恒定流水面线推算须注意的几个问题

天然河道水面线推算是河道整治工作的基础,通过天然水面线可分析河道存在问题,提高河道整治针对性。1.糙率的选取河道糙率的影响因素既有河槽方面的,也有水流方面的。河槽边壁及河床粗糙程度、     

粘性泥石流流速计算方法

泥石流流速是泥石流动力学分析中最为重要的参数,以曼宁公式为原型的泥石流流速计算公式正被广泛的用于泥石流动力学分析及工程防治设计.然而由于曼宁公式中,对糙率系数的选取带有很强的主观因素,从而导致曼宁公式的泥石流流速计算值与实际相差甚远.本文首先较为全面地分析了影响曼宁糙率系数的6方面因素,并将这6方面的因素归结为外部沟道边界条件和粘性泥石流流体内部特征两大方面;然后基于上述分析分别构建了关于泥石流外部糙率和内部糙率的具有明确物理意义的无量纲综合影响因子,从而提出了粘性泥石流综合糙率系数的数学表达式;接着以东川泥石流观测站的21组观测数据对待定参数进行了率定,从而提出了粘性泥石流综合糙率系数的计算表达式,并将公式计算结果与实测数据进行了比较,结果令人满意;最后以综合糙率系数表达式完善了粘性泥石流流速计算公式.