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...     

粗糙床面的阻力特性

本文研究了粗糙床面明槽紊流阻力特性,得到了流动二维性的判别标准,并对粗糙对满宁系数n及谢才系数C的影响进行了讨论,结果表明在小尺度粗糙情况下,C、n值可视为常数。     

关于影响曼宁粗糙系数n值的水力因素探讨

明渠均匀流计算中,曼宁粗糙系数n值的变化规律问题长期以来就是水力学中的一个重要问题。尽管许多研究者从理论和实验等方面做了许多工作,但至今仍未能得到满意的解答。本文分析了影响n值的各种因素,并利用因次分析方法找出了它们之间的准数关系;又进一步利用实测数据整理分析得出了n和各水力要素之间的函数表达式。结果表明:佛汝德数Fr和平均水深与水力半径的比值h/R对n值的变化起着决定性的作用。     

光滑壁面明渠陡坡流速分布特性

在分析激光测速试验资料基础上,对比了光滑壁面明渠陡坡中均匀流和非均匀流垂向流速分布在不同水力条件下的规律。陡坡均匀流中κ值比非均匀流条件下为小,非均匀流中S2型非均匀流的黏性底层厚度和过渡层范围均小于S1型非均匀流,并且拟合出适合陡坡均匀流和非均匀流的统一流速分布公式。     

含非淹没植物明渠糙率系数及非均匀流水力特性

根据水力学对明渠水流流动类型的划分,提出按均匀流和非均匀流分别进行研究的新思路。通过对植物段上游水流和植物段水流的研究,得到种植植物后植物段上游形成M1型非均匀流,植物段基本形成M2型非均匀流,其相对水深随排列密度增大而增大,种植物前非均匀流水深越小,种植物后水深变化越大,植物段的相对糙率系数和相对水力坡度均随植物排列密度增加而增大,且植物横向加密比纵向加密糙率系数增加的快,阻水效果更明显等结论。更多还原     

光滑壁面明渠负坡流速分布特性

在分析激光测速试验资料基础上,通过与正坡上流速分布特性比较,发现负坡垂线流速分布中Karman常数相对正坡为小,负坡上的非均匀流粘性底层范围和厚度均大于正坡上的非均匀流粘性底层范围和厚度等;并在试验基础上提出了统一的垂线流速分布公式。研究成果为进一步研究负坡水流水力特性提供了参考。     

梅花形阵列粗糙床面明渠紊流特性

梅花形阵列粗糙是常见的床面粗糙形态,但其水流紊动特性参数在颗粒间的沿程变化和不同象限间的分布差异等研究仍较薄弱。采用不同颗粒大小和排列间距的圆形玻璃珠制作了3种梅花形阵列粗糙床面,基于明渠紊流的PIV水槽试验资料,探讨了无量纲纵向紊动强度T_u、雷诺应力R和紊动能E的分布规律。结果表明:① 颗粒顶部以上区域的T_u、R、E沿程基本呈条带状变化,受颗粒影响较小,而颗粒顶部以下区域则受颗粒影响明显,沿程变化相对复杂,表现出一定的周期性和分区性,并可分为颗粒区和粒间区。② 颗粒顶部以上区域T_u、R、E的垂线分布基本重合,颗粒顶部以下区域则波动明显,分布曲线呈“S”和倒“L”等形状。③ 粒间区各象限的R、E沿程变化较为平缓,接近水平线,第2、4象限的R、E总体大于第1、3象限;颗粒区各象限的R、E沿程分布呈“∪”状并在沿程位置参数x+ = 0附近有最小值。研究成果对鱼道及航道工程设计等具有一定的指导意义。     

粗糙床面坡面流流场及紊动特性试验研究

应用粒子图像测速技术对水深为5～8 mm的粗糙床面坡面流流场进行了详细观测,对试验资料进行了时间-空间双平均处理,结果表明：在低淹没度的床面糙率影响下,坡面流流速分布基本符合对数-尾流规律,其中卡门常数与普通明渠流一致,但尾流函数常数明显偏小;相较于光滑床面,粗糙元增强了水流流向的紊动强度,同时致使紊动强度在水深范围内的分布更趋均匀;水流切应力分布以雷诺切应力为主导,粗糙元引起的形状切应力可以忽略不计;水流的空间波动主要存在于床面附近,但流速的空间波动强度与紊动强度相比普遍偏小。     

粗糙圆管进口段紊流边界层发展区的流动特性

本文在流速分布对数律假设下,通过求解动量积分方程获得了粗糙圆管进口段紊流边界层和进口段长度的计算式。当圆管半径R→∞时,即得到粗糙平板紊流边界层的计算式。本文还给出了粗糙圆管紊流边界层和进口段长度的简化计算式,并建议了粗糙圆管平均流速的计算式及流速分布指数n与参数δ/Δ、δ/R的关系式。本文成果对进一步研究流动阻力等问题是很有益的。     

河流床面粗糙程度的度量方法研究

[目的]河流床面的粗糙程度是河流动力学中重要的研究内容.[方法]用统计分析法来量化河流床面的粗糙程度,在不考虑河床宏观起伏的前提下,用非均匀天然沙人工铺制初始粗糙床面,并逐渐增大流量使床面粗化,粗化完成后依托激光扫描技术获得试验床面的精确数字高程.基于统计理论探究在不同来水条件下,粗化后河流床面表层的结构特性并利用床面高程统计参数及变异函数满足的理论模型建立新的床面粗糙程度度量方法.[结果]结果显示:曼宁糙率n与中值粒径的拟合关系一般,相关系数为0.649.n与标准差、众数及偏度拟合关系良好,与峰度拟合关系相对较差.n与三种变异函数球状模型典型参数都呈现出较好的相关性,剖面平均变异函数块金值与基台值和n的拟合关系优秀,相关系数均在0.89以上.[结论]结果表明:代表粒径法在某些时刻是可以用于表述床面粗糙特性的,高程数据的标准差随水流强度的增加而严格增大的特性和其众数随水流结构的增大而严格减小的特性使它们成为量化床面粗糙程度的优良指标.偏度和峰度的单调趋势使其作为床面粗糙程度的衡量指标也成为可能.块金值与基台值可以作为床面粗糙程度的表征指标.此次研究用统计法探讨了度量河流床面粗糙程度的方法,对粗糙程度的度量有一定启示.     

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。     

含植物明渠紊流流速分布无量纲化方法及流动分区

基于流速分布曲线的几何特点,提出一种新的无量纲化方法,结合水槽实验数据的回归分析,对含植物明渠紊流流速分布律及流动分区进行了研究。基于流速梯度变化率的特点,确定两个特征高度,采用特征高度、特征高度位置处的流速、水深、最大流速4个变量定义了新的无量纲流速和高度,对实验得到的流速数据进行无量纲化处理,进一步拟合得到流速分布律。结果表明,提出的无量纲流速在自由水面附近呈对数分布,对数分布律区域以下到床面的区域可用4段函数表示。根据分布律适用的区域明确流动分区边界,发现边界高度与特征高度并不重合,但和混合层的上下边界近似相等。与其他研究的对比表明,提出的无量纲化方法和流速分段函数分布律以及流动分区对速度描述有效,具有较好的适用性。     

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。     

DETERMINATION OF RESISTANCE TO FLOW IN ICECOVERED CHANNELS USING SEMI-LOGARITHMIC VELOCITY DISTRIBUTION

1.INTRODUCTIONTheformationoficecoveronflowingwatergreatlyaltersflowcharacteristics,resultinginthechangeofvelocitydistributionandtheincreaseofflowdepthincomparisonwithfreesurfaceflowwiththesamedischargeduetotheincreasedresistancecausedbyanadditionalsolidboundary.Fromengineeringpointofview,estimationofconveyingcapacityofice--coveredstreams,orcalculationofwatersurfaceprofilealongriverreachwithicecoverisveryoftenrequiredinrivermanagementinvolvingtheoperationofreservoirswhenreleasesbaseduponthe…     

THE TURBULENCE CHARACTERISITICS OF OPEN CHANNEL FLOW

ＴＨＥ　ＴＵＲＢＵＬＥＮＣＥ　ＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＳＩＴＩＣＳ　ＯＦ　ＯＰＥＮ　ＣＨＡＮＮＥＬ　ＦＬＯＷＴＨＥＴＵＲＢＵＬＥＮＣＥＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＳＩＴＩＣＳＯＦＯＰＥＮＣＨＡＮＮＥＬＦＬＯＷ￥ＷａｎｇＸｉｎｇ－ｋｕｉ（Ｄｅｐａｒｔ．ｏｆＨｙｄｒ...     

环翼式防冲板对圆端形桥墩局部冲刷试验及水力特性

由于传统桥墩冲刷防护措施的局限性,引入新型防冲装置-环翼式防冲板,对圆端形桥墩冲刷进行防护,通过减小下降水流改变桥墩周围水流结构,主动降低了下降水流对桥墩的冲刷。为探究环翼式防冲板对圆端形桥墩局部冲刷的防护作用,采用3种比例圆端形桥墩、3种环翼式防冲板安装位置进行物理模型试验,对圆端形桥墩周围的冲坑特征、垂向流速、垂向紊动强度、紊动切应力等水力要素进行研究。结果表明:安装环翼式防冲板后,3种圆端形桥墩冲刷程度均减小,中圆端形桥墩冲刷减小幅度最大,冲坑体积减小率为30.0%;中圆端形桥墩安装环翼式防冲板后,墩前垂向流速减小为0.039m/s、垂向紊动强度减小为0.025m/s;防冲板上垂面紊动切应力增大,板下垂面紊动切应力减小。试验结果表明环翼式防冲板能够减小桥墩的局部冲刷,具有很高的实用价值。     

天然河道非恒定流条件下阻力系数变化规律的研究

天然河道非恒定流水面线的计算,在生产实践中有着重要的意义,而阻力系数的选取直接影响其计其计算成果。本文在以汉江丹-襄河段为例进行天然河道非恒定流水面曲线计算的基础上,利用大量实测资料,运用无约束最优化方法进行了天然河道非恒定流时的阻力系数和糙率率定的研究和计算。这种方法是利用计算技术对天然河道的实测数据进行分析和整理的一次尝试。根据计算结果,本文给出了阻力系数、糙率与流量、水位、时间、佛汝德数及Q/t的变化关系。这些变化关系的特征大体上与前人的理论和实践分析相符,同时还得到了一些新的变化规律。