矩形断面明渠流速分布的研究及应用

通过对矩形断面明渠流速分布的理论分析与试验研究，建立了明渠沿垂线流速的分布公式和沿横向流速的乘幂函数分布公式以及相关系数的确定方法。经不同水槽、渠道流速资料的验证，表明提出的明渠流速分布律与实际分布特点一致，测点流速相对误差比较小，可以很好满足明渠流量测量的精度要求。在此基础上提出了对明渠渠道进行流速、流量连续测量的计算方法，对简化明渠测流工作量、提高明渠测流精度具有实际应用价值。     

明渠流速分布指数律与对数律的统一及转换

描述二维明渠水流垂线流速分布有两种较为常用的公式，一种是指数律，一种是对数律。本文首先根据水力学知识，将指数律和对数律表示为统一形式ｕ＝ｕｆ（η），再通过两种方法论证了指数律中的指数ｍ与对数律中无因次谢才系数Ｃ０之间的关系为ｍ＝１／（ＫＣ０），有了此关系便可实现对数律和指数律相互转换。最后又通过实测资料验证了本文的结论。     

明渠均匀流的摩阻流速及流速分布

在水槽系统上对明渠恒定均匀流进行了系列实验，利用实测流速资料，对明渠均匀流摩阻流速的各种方法（雷诺应力法、对数流速分布法、阻力平衡法等）的计算结果进行了对比，并分析了流速分布。结果表明：（1）利用阻力平衡法计算摩阻流速时应考虑边壁影响；（2）包含尾流函数的对数-尾流公式比单一对数公式可以更好的符合实测数据。用单一对数公式描述垂线流速分布时，应采用较小的Karman常数；（3）现有大量明渠均匀流实测资料中，用常用的Karman常数（x=0．4）时单一对数公式仍可以较好的表示全水深流速分布是因为采用了较大的摩阻流速。     

关于矩形明渠流速分布新公式的探讨

基于幂函数流速分布的基本公式,依据陡槽、缓槽、渥奇段等不同形式明渠的流速分布试验资料确定了流速分布指数m,发现m与来流佛汝德数呈-阶线性关系,从而确定了该经验公式的形式.并经不同试验资料验证,证实该公式在适用范围内的合理性与通用性.该式的适用范围为佛氏数介于2.4与7.O之间的明渠水流.其计算简捷且满足工程要求,计算结果可用来指导相关设计或检验设计的合理性,此外对于确定数值计算的边界条件也具有指导意义.     

用流场分析法计算明渠流量

流场分析法不仅可给出明渠的流量，还可给出明渠横断面上的流速分布。较总流量分析法，仅能给出明渠断面平均流速有所改进。     

明渠水流流速横向分布抛物线律及其应用

依据室内试验和田间实测资料,分析了明渠水流横向流速分布特点,建立了明渠水流横向流速分布抛物线律,给出了参数的确定方法,并结合明渠垂向流速双幂律提出了明渠测流方法。实测资料验证表明:用抛物线律表达明渠水流横向流速分布具有较高的精度,在(1-2x/Bi)>0.1范围内,除个别点外,计算流速相对误差小于5%;利用抛物线律及双幂律建立的明渠测流方法,精度较高,对不同形式及断面尺寸的渠道具有较强的适应性。     

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。     

用流场分析法计算明渠流量

流场分析法不仅可给出明渠的流量，还可给出明渠横断面上的流速分布。较总流量分析法，仅能给出明渠断面平均流速有所改进。     

带流速自校正的智能明渠流量测量装置

由于广泛使用的明渠呈开口形状,且水渠中的水位高度又是一个变化值,这给明渠的水流量测量带来很大困难.本文介绍了一种带流速自校正的智能明渠流量装置,能根据所测量明渠中水的液位值,自动调整流速传感器在水中的高度,并自动校正出整个明渠两个截面的平均流速,从而实现明渠水位高度、瞬时流量和累计流量的准确测量.     

受边壁影响的矩形光滑明渠垂线流速分布研究

当明渠宽深比较小时,由于边界剪切应力分布不再是均匀的。垂线流速分布由底向上,从某一高度开始,在该点以下为对数分布,在该点以上为抛物线分布。本文在已有研究理论的基础上,验证了流速最大点位置α分布公式的正确性,提出了光滑矩形明渠各垂线上流速分布的新抛物线公式。     

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。     

三峡工程明渠截流龙口流速分布研究

简述三峡工程截流龙口的复杂边界条件及水流运动的基本特征,分析研究了截流龙口纵横断面和垂线流速分布特性及规律性.分析结果表明,三峡工程导流明渠截流上龙口堤头流速约为龙口中部流速度的1.07～1.69倍,平均为1.25倍;龙口的垂线流速分布不呈指数形式;龙口最大流速一般出现在龙口下游15～35 m处.     

明渠流量测验方法和自动测流仪器

介绍明渠流量自动测量的方法和经过实践使用的仪器设备。对一些新仪器的测流原理进行了分析。根据实际使用结果，比较了几种实用方法。     

基于水位流速法的矩形渠道流量自动检测系统

为了提高检测精度,实现水位、流量测量的自动化,减少人力的投入,研制了流量自动检测系统。该系统以水位—流速法为基本测流原理,将水位、流速检测技术与机械传动机构结合起来。整个系统选用低功耗的16位单片机MSP430F149为控制单元,采集到的水位和流速信号经过其内部的算法可得出流量值;而且还能控制x-y直角坐标机械传动装置,可在整个矩形断面范围内自动改变流速测杆的位置,使渠道流量的测量工作自动化程度高。试验结果表明:使用该系统检测矩形断面流量具有准确性和适用性,测量结果与采用明渠超声波流量计测得的流量值相比,相对误差在±4%以内。     

植物对明渠流速分布影响的试验研究

采用圆柱铝棒模拟刚性植物进行水槽试验,利用激光流速仪LDV对含非淹没、淹没植物明渠流场进行了测量,对模拟植物淹没度、密度对流速分布的影响进行了研究.分析表明,植物非淹没条件下的平均流速可以表示为流量、渠宽、水深和植物密度的函数;植物淹没条件下,很难用统一的函数描述平均流速沿水深的分布,植物层上部和内部与顶部处的流速偏离有随淹没度、密度的增大而增大的规律,相同宽深比条件下,含淹没植物明渠和无植物明渠相比,最大流速位置前者高于后者,植物“抬高床面”或是减小了有效宽深比的作用.     

基于流速幂级数解的明渠纵向离散系数计算方法

针对纵向离散系数计算多直接采用经验公式或在流速分布的求解中引入经验公式,不能完全反映离散物理机制的问题,基于矩形断面一维水流控制方程,利用幂级数求解流速分布的理论解,提出了矩形断面明渠纵向离散系数的计算方法,并进一步将其推广至天然河流。利用该方法计算了104条天然河流的纵向离散系数,结果表明计算值与实测值处于同一量级,计算结果在可接受范围内。     

明渠均匀流流速横向分布的涡黏性模型

为了研究明渠水流的运动特性,开展了明渠水流流速横向分布数学模型的研究。本文根据量纲分析方法和实验资料,得到水流横向剪切作用下横向涡黏性系数的关系式;基于均匀流的水流运动方程,按照有限差分方法,建立流速横向分布计算模型。该模型具有计算简单、快捷和精度较高的优点,且数值计算不受横向涡黏性系数的结构形式和断面形态的影响。采用明渠水流实验资料验证数学模型,数学模型计算的流速横向分布与实验资料较一致,具有较高的理论意义和应用价值。     

掺气对明渠流速分布影响的试验研究

为揭示掺气对明渠流速分布的影响,采用针式掺气流速仪对3种不同掺气形式的水流分布进行测量,分析结果表明:在掺气发展区无论自掺气水流还是强迫掺气水流,其断面垂线流速最大值都在水面以下;各断面相同位置处,强迫掺气水流流速都大于自掺气水流对应的流速;无量纲垂线流速分布曲线都保持类似指数分布规律,在近槽底附近,指数介于6～6.5,而曲线后半支较指数分布平缓.     

明渠断面流速分布的信息熵理论分析

本文介绍了应用信息熵理论研究明渠水力学问题的新概念，借助最大熵原理导得了非宽浅明渠断面流速分布的计算公式及其有关参数，计算结果与试验水槽中毕托管激光测速资料及现场测速资料吻合较好。