明渠断面流速与边壁切应力相关的试验研究

根据Ｐｒａｎｄｔｌ理论关于对数流速分布的假定,利用间接测量法测量了相同流量不同水深情况下明渠底部的切应力分布。结果显示,在明渠边壁糙率突然减少的两边流速分布和边壁切应力均有最大值。根据作者的试验结果,给出了槽底平均切应力τ０与明渠流弗汝德数Ｆｒ相关关系,可供参考。     

窄深式矩形明渠紊流流速分布规律研究

针对目前明渠流速分布计算中所存在的问题,考虑窄深式矩形渠道流速分布受侧壁影响大,选取能反映侧壁处竖向流速分布规律的抛物线形式,根据三维雷诺方程,建立了矩形渠道的紊流数学物理模型,推导出了水流受侧壁影响下的全断面流速分布公式和平均流速横向分布公式。通过矩形水槽实验,验证表明,在y/h>0.2时,侧壁处的测点误差都在5%左右,渠道中心区域误差在3%以内;但在y/h<0.2误差比较大,最大误差达10%。与以往紊流公式相比,精度更高,物理意义更加明确,表明本文公式能较好地反映紊流流速分布特性,具有较高的理论意义和实用价值。     

梯形断面明渠流速分布的研究

为研究梯形断面明渠的流速分布律,应用经过实测资料验证的三维紊流数学模型,对12种不同底坡、不同糙率以及不同宽深比组合情况下的梯形断面明渠水流流速分布进行了数值仿真.结果表明,在明渠底部内区流速分布能很好地符合对数分布,但在明渠外区流速分布更符合乘幂函数分布,等效线平均流速沿横向的分布接近于乘幂函数分布.通过最小二乘拟合,得到了梯形断面明渠垂线流速分布律和等效线平均流速横向分布律.按流速分布律计算的流速值与实测值吻合较好,表明所给出的断面流速分布律是合理可靠的,可应用于梯形断面明渠流量的精确测量.     

窄深矩形断面明渠流速分布的研究

建立了一个三维紊流数学模型,对实际灌区中的窄深矩形断面明渠水流的流速分布进行了数值模拟.计算结果与实测结果符合得较好,表明数学模型及参数是合理可靠的. 运用该模型,对2种底坡、2种糙率以及3种宽深比组合情况下的窄深矩形断面明渠水流的流速分布进行了数值模拟,得出了窄深矩形断面明渠垂线流速分布律和垂线平均流速横向分布律,并应用实测资料验证了上述流速分布律. 结果表明,在明渠底部内区流速分布能很好地符合对数分布律,但在明渠外区流速分布则符合抛物线分布,垂线平均流速沿横向的分布接近于幂函数分布,给出的断面流速分布经验公式具有很好的精度.     

明渠断面流速与边壁切应力相关的试验研究

根据Ｐｒａｎｄｔｌ理论关于对数流速分布的假定,利用间接测量法测量了相同流量不同水深情况下明渠底部的切应力分布．结果显示,在明渠边壁糙率突然减少的两边流速分布和边壁切应力均有最大值．根据作者的试验结果,给出了槽底平均切应力τ０与明渠流弗汝德数Ｆｒ的相关关系,可供参考．     

梯拱形渠道流速横向分布规律及流量量测

新疆吐鲁番地区地理及径流、泥沙条件独特,干支渠一般都采用梯拱形断面型式．通过对该地区主要于支渠流量系统观测资料的统计分析,借助二元明渠紊流掺长理论,建立了梯拱形渠道流速横向分布公式．大量不同梯拱形渠道、不同流量的流速实测数据分析和验证表明,理论与实测流速横向分布都符合对数分布规律,利用多变量回归分析,确定了流速横向分布系数a、b值．在此基础上,推导出梯拱形明渠断面平均流速计算公式,计算值与实测值误差较小,并给出了修正系数的确定方法．根据提出的明渠流速公式,进一步建立了灌区渠系中流量连续测量的实用方法和工作流程,简化了明渠测流工作,降低了量测成本,提高了测流精度．     

明渠流速分布经验公式及其在高洪测流中的应用

对二维明渠均匀流流速分布公式进行修正,根据普朗特半经验半理论流速分布公式导出二次抛物线分布的经验公式,并由此公式推导出表面流速与平均流速的关系,经实验室及天然河流7个水文站实测流速分布资料验证,其相对误差在2%以下,满足工程界的精度要求,这对减少洪水期测流的工作量,提高测流的精度具有实际应用价值。     

梯拱形渠道流速横向分布规律及流量量测

新疆吐鲁番地区地理及径流、泥沙条件独特,干支渠一般都采用梯拱形断面型式.通过对该地区主要干支渠流量系统观测资料的统计分析,借助二元明渠紊流掺长理论,建立了梯拱形渠道流速横向分布公式.大量不同梯拱形渠道、不同流量的流速实测数据分析和验证表明,理论与实测流速横向分布都符合对数分布规律,利用多变量回归分析,确定了流速横向分布系数a、b值.在此基础上,推导出梯拱形明渠断面平均流速计算公式,计算值与实测值误差较小,并给出了修正系数的确定方法.根据提出的明渠流速公式,进一步建立了灌区渠系中流量连续测量的实用方法和工作流程,简化了明渠测流工作,降低了量测成本,提高了测流精度.     

二维明渠流速分布公式的相互转换

描述二维明渠水流垂线流速分布主要有两种较为常用的公式,一是指数律,一是对数律。本文利用最小二乘方准则对这两种公式之间的相互转换进行了研究,得出指数律参数m与对数律参数C0 有如下关系:m=1/KC0-1     

矩形断面明渠中恒定均匀流的机械能损失

明渠流中机械能损失的确定是水力学乃至工程流体力学中的重要内容.以构建的明渠恒定流新的总流能量方程及矩形断面明渠三维层流运动的理论解为基础,通过理论分析与三维数值计算,就矩形断面明渠中恒定均匀流的机械能损失系数随雷诺数及宽深比的变化进行了深化研究,得到如下成果:1)在层流条件下,机械能损失系数一般均与雷诺数和宽深比有关,只有对宽深比大于6.5的宽浅明渠,其相应流动的机械能损失系数才仅与雷诺数有关,且在雷诺数相同的条件下,一般矩形断面明渠流的机械能损失系数要大于宽浅明渠流的机械能损失系数;2)在紊流条件下,机械能损失系数也一般均随雷诺数与宽深比而变,但对给定的宽深比,存在相应的特征雷诺数,当流动的实际雷诺数大于该特征雷诺数后,机械能损失系数则不再随宽深比而变化,且在宽深比一定的条件下,雷诺数越小,其机械能损失系数的修正值越大.     

明渠中液体流量自动测量的一种新方法

叙述了一种适用于明渠流量测量的新方法．采用特殊结构的电容式传感器及其测量电路并与微型计算机和巴歇尔量水槽结合，可对明渠中清水或浑水的水位、瞬时流量和积累流量进行自动测量．由于采用了多种滤波技术和微机补偿技术，因此测量精度高，性能价格比高，可以替代进口的昂贵仪器．该测量方法适用于城市用水进水渠道的流量测量，也可用于水库的排灌、农田灌溉计量和工厂排污控制．     

复式明渠水流运动的数值模拟

大多数平原河道都为具有主槽和滩地的复式河槽,且主槽和滩地的壁面粗糙度一般不相同.根据理论分析建立了适合于描述水力光滑、水力过渡和水力粗糙这三种壁面条件下时均流速沿垂线分布的统一公式,并利用该流速分布公式,采用Thatchell代数应力模型,对复式明渠粗糙度沿横向存在变化的流动进行了三维模拟.     

变步长法在天然河道水面线计算中的应用

试算法是计算天然河道水面线的常用方法之一.为了提高试算法的计算效率,以试算法的基本原理为基础,采用变步长的计算格式对天然河道水面线进行数值模拟,并分析步长变化系数对计算效率的影响,确定最优变化系数λ的取值范围为0.2~0.5.实例表明,变步长格式比常规格式收敛速度快,在同等条件下,常规格式需要计算70000次的河道水面线,变步长格式只需计算600次左右.该方法提高了试算法的电算效率,能够应用于各种渠道和天然河道非均匀渐变流水面线的计算机模拟.     

弯曲型河道水流流速分布及阻力试验

弯曲型河道水流运动规律及阻力特性在水利工程许多领域中占有十分重要的位置.对正弦派生曲线、梯形断面的连续弯曲型河道开展了物理模型试验,采用日本ACM2-RS型X-Y方向2轴电磁流速计对水流流速进行了测量,并对水流阻力进行了分析.结果表明,弯顶水流纵向时均流速分布接近抛物线型,最大流速点位于上部水面以下,整体上大下小,而顺直过渡段水流纵向时均流速分布最大流速点位于底部,整体上小下大;弯道段纵向垂线平均流速横向分布沿程依次为自由涡、均匀流及强迫涡分布;弯顶中垂线水流横向环流随流量、水深的增大而增大,零流速点的相对水深值大致在0.4～0.6范围以内;弯曲型河道水流阻力系数随着过水断面平均水深、水力半径的增大而增大,随着过水断面宽深比的增大而减小.