矩形平底渠道淹没水跃区的紊流边界层发展北大核心CSCD

根据Rajaratnam对矩形平底渠道淹没水跃区的断面流速分布、最大流速、壁面切应力和最大流速之半处距壁面距离的试验成果,利用Verhoff的附壁射流区的断面流速分布公式和紊流边界层的动量积分方程,研究淹没水跃区紊流边界层的发展、最大流速之半处距壁面距离和水跃区零流速线的计算方法。给出了淹没水跃区最大流速沿程变化的近似计算公式;提出了紊流边界层厚度、最大流速之半处距壁面距离和零流速线的理论计算方法,通过Rajaratnam的试验资料对其进行了验证和修正,给出了实用的计算公式;完善了Rajaratnam最大流速之半处距壁面距离经验公式中系数的计算方法。研究表明,矩形平底渠道淹没水跃区紊流边界层的计算公式在形式上与一般光滑平板一样,与雷诺数1v x/?的1/5次方成反比,与距离x的1.14次方成正比,相对最大流速之半处距壁面距离和零流速线均与跃前断面雷诺数成反比,与相对距离成正比。     

波状床面消力池共轭水深和水跃长度的计算

根据Ead和Rajaratnam对波状床面消力池水跃特性的试验成果,以及笔者得出的波状床面消力池流速分布的研究成果,通过边界层理论研究波状床面消力池边界层的发展、壁面切应力和壁面阻力的变化规律,通过动量方程研究波状床面消力池的共轭水深和水跃长度的计算方法,给出了波状床面壁面切应力、壁面阻力、水跃共轭水深和水跃长度的计算公式,与Ead和Rajaratnam的试验成果进行对比,验证了公式的正确性。研究表明:波状床面消力池的壁面切应力和壁面阻力与壁面粗糙度、跃前断面流速以及水跃长度有关;水跃共轭水深的计算必须考虑壁面阻力的影响;水跃长度是跃后水深和粗糙度的函数。     

用流速对数律研究附壁射流区的壁面阻力

依据Myers和前人对附壁射流区流速分布的实测资料以及附壁射流区边界层发展的经验公式,研究了附壁射流区的壁面局部阻力系数、阻力系数、平均壁面阻力系数和壁面阻力的变化规律,提出了附壁射流区流速分布的对数律公式,给出了壁面局部阻力系数C_f'与U_mδ/v的关系,C_f'和壁面阻力系数C_f与跃前断面雷诺数Re_1和相对距离x/h_1的关系,给出了壁面阻力和平均壁面阻力系数的计算方法。通过与Myers的试验资料进行对比,表明了本文给出的公式适用范围大、计算方法简单、精度高。     

斜向射流入水垫塘淹没射流区的紊动特性

采用粒子成像测速技术(PIV),获得了水垫塘冲击射流全域瞬时精细流场,在此基础上,对淹没射流区的流速分布规律和水流紊动特征进行了系统研究。结果表明:淹没射流区射流横向断面的流速、紊动强度分布呈自相似分布规律;在射流纵向,射流轴线最大流速随着流程增加而呈-1次幂规律减小,射流半扩展宽度和紊动强度则随流程增加而线性增大;并提出了描述淹没射流区射流横向断面流速、紊动强度分布规律的方程,同时得到淹没射流区射流纵向上流速、半扩展宽度和紊动强度沿流程变化的计算公式。     

矩形明渠水跃段沿程和局部水头损失的计算

根据前人对水跃段流速分布、壁面切应力和总水头损失的研究成果,利用紊流边界层理论研究水跃段的沿程水头损失;利用水跃段总水头损失和沿程水头损失的关系,研究水跃段的局部水头损失,并根据局部水头损失的定义研究水跃段的局部阻力系数。研究表明,水跃段的沿程水头损失是跃前断面流速、水跃长度、水流运动粘滞系数的函数;局部水头损失和局部阻力系数是跃前断面共轭水深比和弗劳德数的函数。分析了水跃段总水头与水跃区总水头比值、相对沿程水头损失、相对局部水头损失、局部阻力系数与弗劳德数的关系。结果表明,相对沿程水头损失随着弗劳德数的增大而减小,水跃段总水头损失与水跃区总水头损失的比值、相对局部水头损失、局部阻力系数均随着弗劳德数的增大而增大。     

挑射水舌掺气扩散的理论分析初探

本文假定空中二元水射流断面内含水浓度β和流速u以水股中心线上下对称呈高斯分布,沿程气水总流量的变化与水股中心线处的流速成正比,考虑重力作用,不计空气阻力,由水流量沿程守恒和动量定理,对二元挑射水舌空中扩散掺气进行初步理论分析,导得了半经验半理论的关系式,并与实测资料进行了比较。     

光滑矩形明渠二次流特性研究

明渠中二次流的存在影响了流速和能量的分布,本文利用高分辨率粒子图像测速系统(PIV),对光滑明渠中二次流的特性进行研究。考虑到明渠紊流具有对称性,对二分之一水槽内的水流参数进行了测量。由于宽深比的变化对二次流有直接影响,取宽深比从3.75到7.5,研究急流条件下二次流结构和强度的变化,以及雷诺应力沿垂线分布的变化规律。结果表明:横断面内存在多个二次流涡结构,其个数和强度受到宽深比的影响;紊动能分布和二次流之间关系密切;流向速度分布存在最大流速下移现象,下移点位置和宽深比以及测线到壁面的距离有关,符合经验公式计算结果;水槽中心处雷诺应分布不受宽深比的影响,但是受到流速梯度的影响。     

珠江虎门河口洪季潮流近底边界层水流结构研究

研究河口近底边界层水动力结构对进一步研究河口地区水流能量耗散和物质输运具有重要意义,2006年7月26～28日在珠江虎门口采用ADV、ADP及OBS和CDT组合置底支架观测系统对近底边界层水流、泥沙和温盐度进行了水下定点观测,本文通过分析流速观测数据,对该潮汐河口近底边界层的水流结构、阻力特性和紊动尺度进行研究,结果表明除憩流附近外,近底边界层内时均流速分布均可采用对数剖面,摩阻流速值与时均流速基本成正比,平均摩阻流速为0.014m/s,粗糙长度为0.09mm,切应力梯度为0.426N/m~2·m;脉动流速统计分析结果符合典型潮汐河口底边界层的紊动特点,距床面0.15m处,落急时刻宏尺度紊动的时间尺度和长度尺度分别为3s和0.06m;垂向脉动分速以及瞬时雷诺应力自相关分析表明转流附近时段的湍流主要以低频大尺度紊动为主.测量分析结果可为下一步研究近底边界层泥沙运动提供依据,并为数值模拟计算提供水动力分析条件和特征参数.     

有限长淹没植被对水动力特性影响研究

水流流经二维淹没植被主要阶段可分为:上游调整阶段、初始调整阶段、混合层发展阶段、边界层发展阶段和出流区阶段。当植被长度有限,远小于水流充分发展所需的植被长度时,植被对水动力特性影响的重点区域转移到植被下游。因此有必要对有限长淹没植被对水动力特性的影响进行探讨。本文基于试验数据分析了有限长淹没植被对流速、紊动强度和雷诺应力的影响,利用植被层平均流速发展模型对植被出流流速进行了估算,同时利用剪切层线性发展理论对植被下游流速恢复长度LR进行了分析。结果发现,相同长度时,较密植被对应的流速恢复长度较小,下游雷诺应力和紊动能的最大值较大。最大雷诺应力位置Lm与流速恢复长度LR基本相等。相同密度时,较长植被对应的流速恢复长度较小,下游紊动能和雷诺应力最大值较大。最后,利用有限长淹没植被的水动力学特性研究成果对防护林设计进行了探讨分析。     

城市内涝风险区划集成模型及其敏感性研究

城市内涝风险区划图对内涝风险预警与防灾减灾具有重要意义.以海口市海甸岛为例,基于PCSWMM软件构建城市管网-地表径流耦合模拟的一二维水文水动力模型,采用情景模拟计算最大水深、淹没时间和最大流速等洪涝特征指标,耦合高程、坡度、坡向、距河网距离、排水管道长度、建筑物面积构建风险指标体系.分别采用TOPSIS和模糊C聚类统...     

空气的压缩性对湍流边界层流场时均量的影响

为研究空气的压缩性对湍流边界层流场时均量的影响,对来流Mach数(Ma)分别为0.058、0.233、0.466、0.874和1.457的二维、定常边界层湍流流场进行了数值模拟计算。结果表明:空气的压缩性对速度边界层和温度边界层粘性底层区速度和温度分布影响较小,但会使完全湍流区速度和速度梯度、温度和温度梯度变大;对分子扩散过程影响极小,而对湍流扩散过程影响较大;当局部Reynolds数大于1×106且来流Ma大于0.466时,使得平板局部摩擦阻力系数较不可压缩态变小,而局部传热系数较不可压缩态变大。比较模拟计算结果和不可压缩态下经验公式的计算结果表明,模拟计算结果真实可靠。     

大型循环流化床锅炉炉膛颗粒速度的光学测量

循环流化床锅炉炉膛内的颗粒速度分布对炉内燃烧、传热和受热面磨损均具有重要影响。在一台330 MW循环流化床锅炉炉膛水冷壁上开设测孔,利用水冷激光光纤测枪结合互相关计算对炉膛内的颗粒轴向速度进行了测量,研究了炉膛近水冷壁区的颗粒轴向速度水平分布、“环-核”边界层厚度、颗粒团贴壁下滑速度以及气固相滑移速度。结果表明,炉膛贴壁面位置颗粒轴向速度为负值,随着与壁面距离的增加,颗粒轴向速度逐渐转为正向,颗粒由下降流过渡到上升流动。颗粒“环-核”边界层厚度在0.1~0.2 m,且炉膛下部测点的边界层边界厚度略大于炉膛上部测点,颗粒团贴壁下滑速度均小于1 m/s。炉膛中心区气固相滑移速度为2.05~2.73 m/s,大于单颗粒终端速度。     

Hydraulic resistance of plane channels and annulus with different roughness on opposite walls

A new method for prediction of hydraulic resistance for a turbulent flow in plane channels and annulus is proposed. In spite of the importance of this issue, only very few publications devoted to the investigation into hydrodynamics in these channels are available, and there are no methods for predicting hydraulic resistance of a flow in these channels at all. The flow in channels with different roughness on the walls is described using the Prandtl semiempirical theory of a turbulent boundary layer. The flow in a channel cross-section is divided into two noninteracting layers of different thickness flowing along the walls with different roughness. The basic balance correlations are derived for a plane channel. To match the velocity profiles of both layers at the interface point, a logarithmic velocity profile is used. This yields a closed system of equations for predicting hydraulic resistance in plane channels with a given different roughness on opposite walls. It is demonstrated that the obtained correlation may be used for predicting hydraulic resistance in annulus as well. Experiments were carried out with a water flow in an annulus. Each annuli consisted of a pipe having a smooth wall into which a rod with artificial roughness on the surface was inserted coaxially. Two types of roughness were investigated: trapezoid and threadlike ones. Comparison of the predictions with the experimental data confirmed the validity of the proposed method. It can be used in designing flowpaths of various power installations.     

堆积体对近床面水流紊动强度试验研究

采用声学多普勒流速仪ADV对概化水槽中受堆积体影响河道的流速进行了精细的测量,并将数据代入无量纲化的紊动强度计算公式来分析流量、河道缩窄率、堆积体侧向坡度对河道近床面紊动强度分布的影响。试验结果表明：以堆积体对称轴断面为起点,在下游相对距离0 ~ 1.5断面处,由于堆积体对水流的束窄和突扩作用导致出现水跃,紊动强度波动较大形成强紊动区,且随阻流作用的增加而增加;在相对距离1.5 ~ 4.5断面,由于水流持续扩散导致紊动强度衰减,但左岸受回流影响紊动强度衰减较缓,因此左岸变化率小于右岸,且变化率随阻流作用的增加而增加;在相对距离4.5 ~ 6.5断面,紊动强度逐渐恢复平稳状态且大于相对距离-4.5 ~ 0断面。试验结论揭示了河道中的水流紊动特性及堆积体对河道水流紊动影响的内在机理,加深了对堆积体作用下的水流运动、泥沙冲淤和输移规律及河床演变发展变化的认识,可为研究山区河流受堆积体影响的河道水流紊动特性的数值模拟提供验证资料。     

Streaming Electrification Current Density Distribution inside Pipes Assuming Overcharged Boundary Layer

In this paper the distribution of electrification current flowing across a pipe, for alternating charge near a surface, is presented. A distribution of charge density was arbitrarily assumed compatible to the Stern theory. Assuming that the velocity distribution is parabolic (in laminar regime) or logarithmic (in turbulent regime), the convective current density can be obtained. The distribution of current density shows changes of sign at different distances from the boundary. This may be the reason for the change of total electrification current sign that is often observed during experimental measurements.     

不同消能型式下高坝泄流水力特性分析

高坝泄流主要有挑流、底流、戽流三种基本消能型式,通常需要采用水工模型试验进行复核及优化,本文采用RNG k-ε紊流模型与VOF方法,对挑流、底流和戽流三种不同泄洪消能型式进行了全域三维数值模拟,求解高坝下游消能区流场,从消能区水流流态、压力、临底流速等关键水力因素方面,研究了不同消能型式下高坝泄流水力特性,并为实际工程消能防冲初步设计提供了重要参考依据。     

淹没植被浅水明渠流的非对数流速分布规律

随着对生态环境的日益重视,有关植被的水力学研究近年来进展迅速.对于淹没植被,现有的研究一般认为植被表层水流仍满足对数分布.但在浅水情况下,表层水流流速明显偏离对数规律.本文首先通过改变表层水深、植被杆径和密度,开展了淹没植被浅水明渠流多工况水槽实验,并运用激光多普勒测速仪对垂线流速分布进行了测量;然后结合Prandtl...