矩形明渠宽深比和边壁糙率对流速分布的影响

本文根据矩形水槽试验,表明:对于整个断面的各垂线流速分布可划分为底部内区、外区和表面区。底部内区流速分布可用对数公式表示;外区和表面区可用二次抛物线公式表示。宽深比和边壁糙率不影响各区垂线流速分布公式的形式,但影响各区的范围。     

关于冰盖流研究应用Einstein假定的探讨

以二维紊流为例,从理论上对冰盖流研究中应用Einstein假定进行了分析,认为:①冰盖流的水流并不能简单分区;②若假定冰盖区和床面区的能坡相等,则水力半径分割法在宽浅河流上应用时将导致谬误;③若假定冰盖区、床面区及过流断面的平均流速相等,则会推导出冰盖糙率和床面糙率相等的谬论.因此,在冰盖流研究中应用Einstein假定值得商榷.     

论矩形明渠流边界切应力分布规律

本文提出了流体内部任一微小水体所含机械能总是沿到边壁最短距离的方向向边界传递，并通过粘性作用而予耗散的假定。依此假定本文导出了能适合各种宽深比的矩形明渠边界切应力分布公式，同时还给出了矩形明渠流边壁、底壁糙率不同时的边界切应力分布公式，所得公式与实验资料较为相符。     

明渠含沙水流的垂线流速分布特性研究

 为了进一步研究明渠中含沙水流的垂线流速分布规律,在水槽系统中对明渠恒定均匀含沙水流进行了系列试验,利用实测流速资料,计算分析了时均流速的垂线分布。结果表明：在宽深比比较小的明渠中对最大流速点修正的对数公式可以很好地符合实测数据;水槽中心位置的卡门常数要比其边壁附近的小;卡门常数随着含沙量的增加而减小。通过对明渠含沙水流垂线流速分布特性的研究,增强了对明渠含沙水流垂线流速分布规律的认识。     

门槽旋涡及壁面压力特性

平板闸门是水利水电工程中最为常用的一种水工建筑结构.由于水流经过门槽时,流态复杂,易产生空化空蚀破坏,从而影响闸门的安全运行.该文采用SST k-ω紊流模型对门槽的水力特性进行了研究,主要内容包括:不同来流条件下门槽宽深比对门槽内旋涡负压值和位置、门槽边壁负压值和位置的作用;门槽内旋涡负压与边壁负压的相关性;不同来流条件下,门槽的错距比及宽深比对下游一次和二次分离区负压的影响等.结果表明:来流流速对门槽内旋涡负压、边壁负压和下游分离区负压都有很强的作用;随着宽深比的增加,旋涡中心负压值呈先增加后下降趋势,在宽深比为1.5附近达到最大值;旋涡中心点位置与门槽的宽深比和流速相关,而门槽边壁负压点位置主要与其宽深比相关;门槽中心的旋涡负压与门槽内边壁负压之间有很强的线性相关性,斜率约为0.813;门槽下游斜坡的设置可以有效地改善一次分离区的负压;一次和二次分离区负压同时达到最小的错距比大致为0.03-0.04.     

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。     

明渠冰盖下流动的综合糙率

明渠冰盖下流动的综合糙率nc是确定冰期水位和流量关系的关键参数,本文根据冰盖区和床面区的边界条件和流量的连续性条件提出了通用的综合糙率公式,研究了冰盖下一般矩形明渠和宽浅明渠流速分布及流速比a对综合糙率nc的影响,在此基础上,计算分析比较了通用综合糙率公式、Einstein公式、Belokon-Sabaneev公式和Larsen公式的差异和使用条件,结果表明:对于宽深比b/H较小的矩形明渠,采用Belokon-Sabaneev公式将产生很大的计算偏差,Larsen公式只适合宽浅明渠,而Einstein公式是通用综合糙率公式的最好近似,推荐在工程设计中采用。     

矩形明槽中断面紊流流速分布规律的初步研究

本文基于系统地考虑了矩形明槽中水流的宽深比(B/H)、最大流速值所在位置的关系以及存在边壁作用时沿矩形明槽周界剪力分布规律等因素之后,得到了断面流速分布表达式,它能够给出断面内任一点的流速值,且与实测资料符合良好。     

潮汐河段糙率n的计算分析

针对平原河道糙率计算方法,探讨受潮汐影响的宽浅河段糙率计算。以长江河口段为例,分析潮周期内流量变化过程以及流速沿水深分布特征,选取落潮稳定时段,利用流速垂线分布特征及Einsten断面综合糙率计算方法计算河道糙率。利用明渠非恒定流圣维南方程,推算涨落潮历时过程中计算河段逐时河道糙率n,分析非恒定流量变化d Q/dt对糙率影响,反映了潮汐河段河道糙率变化特征,分析其落潮过程中,随水位降落洲滩水深植被等影响下河道糙率的变化情况,采用落潮稳定期天然实测资料,进行代表性断面测点垂线流速分布特征,综合糙率计算法和河道水力计算推求糙率法,分析确定河道糙率。     

河岸糙率对明渠宽深比影响的研究

研究了河岸河床相对糙率对明渠宽深比的影响。根据定床渠道、临界渠道和动床渠道3种类型渠道,采用最小能耗率原理,分别构建了宽深比计算的优化模型。结合综合糙率公式,利用条件极值问题优化计算方法,得到了不同类型渠道条件下的宽深比与河岸河床相对糙率之间的定量关系。分析计算结果表明,定床明渠随河岸糙率的增大,宽深比增大;而临界渠道和动床渠道随河岸糙率的增大,宽深比减小。河岸糙率大于河床糙率时,定床渠道为了降低河岸高糙率对流量的影响,从而宽深比增大;而临界渠道和动床渠道,由于河岸糙率大时其抗冲能力大,因而宽深比减小。这些结论可供明渠水力设计时参考。     

漫滩水流水沙运动规律的研究

本文根据漫滩水流的运动特点，将漫滩水流的复式断面分为主槽平衡区、滩槽交互区、滩地平衡区及边壁区等4个区，并给出了各区宽度的经验公式.根据滩槽交互区垂线流速分布的变化特点，提出了附加尾流函数的对数流速分布公式.在简化水流运动方程和泥沙扩散方程的基础上，对滩槽交互区内垂线平均流速及含沙量沿横向分布进行了理论分析，提出了反映滩槽水流动量交换强度的横向涡量粘性系数及横向扩散系数的表达式，得到了漫滩水流垂线平均流速及含沙量沿横向分布的解析解，并与实测资料吻合较好。     

河道中受侧壁影响的断面流速分布规律研究

断面水流流速分布是研究河道水流泥沙运动规律的基础。天然河流断面形态不同,其流速分布特性也有差别:对于比较宽浅的河道,侧壁对断面流速分布的影响较小,流速沿垂线分布梯度较大,垂线上最大流速一般位于水面,垂线平均流速沿河宽方向(横向)分布较均匀;对于较窄深的河道,侧壁对流速分布的影响较大,流速沿垂线分布较均匀,垂线上最大流速一般位于水面以下,垂线平均流速沿河宽分布梯度较大,因此,对于较窄深的河道必须考虑侧壁对流速分布的影响。本文在分析天然河道流速分布特性的基础上,从紊流的雷诺方程出发,推导获得了水流受侧壁影响的横断面流速分布公式和垂线平均流速沿河宽分布的公式。公式计算结果与水槽试验和天然河流实测流速分布资料的比较分析表明,公式能较好地反映流速沿垂线和沿横向的分布特性,具有较好的理论和实用价值。     

天然河道的糙率计算

通过对垂线流速分布的分析，推导出由断面实测流速直接计算天然河道糙率的公式，可省去水成比降的观测，经用实测资料验证，并与传统的由水面比降资料使用曼宁公式反求糙率值比较，获得满意的结果。     

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。     

模袋混凝土渠道糙率影响因素数值模拟研究

以模袋混凝土衬砌渠道为研究对象,使用FLUENT数值模拟软件对测流渠道建立二维模型,加载速度、压力和壁面粗糙度等边界条件,模拟渠道的流场,得出同一流量时不同水深的断面流速分布图。研究流量、流速与糙率的关系,以期在实际工作中为正确选择糙率系数提供依据。结果表明:对于模袋混凝土衬砌渠道,流速和流量是糙率的影响因素,通过数据相关性分析,糙率与流速、流量成负相关关系;沿渠底向水面的方向,流速逐渐增大,但是最大流速发生在水面以下,并且横向水流从渠道边壁向中央流动,导致较大流速集中在中间区域。     

梯形分布漂石群边壁处水流结构实验研究

通过概化水槽实验模拟野外漂石群梯形分布床面,讨论了低淹没度下的梯形分布的漂石床面上的理论零点取值的变化和摩阻流速取值方法,分析了沿水槽中心到边壁附近的漂石床面上各垂线流速和水流紊动强度的变化,并进一步观察不同流量下,光滑壁面对其紊动强度影响效应的大小。研究表明,y/h在0.3―0.4时,流速分布大致符合对数分布,而在紊流主流区和近床面区,流速偏离对数分布,越靠近边壁,流速越小,且边壁对流速影响强度随着y/h的增加而减小。y/h大于0.4时,边壁效应强度随流量的增加而增加,边壁效应使得床面合紊动强度沿中心到边壁逐渐增加。     

矩形断面渠道流速分布与测流方法探讨

对矩形断面渠道流速进行测量,采用对数公式和抛物线公式拟合流速曲线,分析流速在断面垂向的分布规律,发现垂线最大流速并非出现在水面,其位置与雷诺数有关.认为不同雷诺数的断面以及同一断面的边壁区与中心区应采用不同的平均流速计算公式.     

基于分形理论的流速及含沙量垂线分布规律研究

明渠水流的流速分布和含沙量垂线分布规律目前大多是利用现代流体力学的基本理论结合一些假设得到的近似解,因而寻求更具理论基础更能与实际相符的公式一直是学术界研究热点问题之一。本文利用分形理论中自相似分形的标度律,研究了流速垂线分布和含沙量垂线分布的局部与整体之间的自相似现象,从而得到了二维明渠垂线流速分布和含沙量分布的规律。结果表明,基于分形标度律可以得到指数流速分布公式、对数流速分布公式及其它形式的流速分布公式;同样,基于分形标度律也可以得到含沙量垂线分布的Laursen公式、Rouse公式及其它形式的含沙量分布公式。     

天然河道浑水流速分布研究

通过对有关学者得出的几个典型的垂线流速分布公式的分析认为:现有的用于天然河道的流速分布公式都存在不同程度的缺陷,且这些公式仅能用来计算不受侧壁影响的二维情况下的垂线流速分布,当用于峡谷河段时计算值与实测值差别较大。实测资料表明,对数或指数型流速分布公式可用于描述宽谷河段的垂线流速分布。由水流阻力公式导得了天然河道垂线平均流速沿横向的分布,引进重线流速分布,即得到断面点流速的分布公式。公式既可以用于清水水流,也可以用于挟有泥沙的浑水水流,含沙量对流速分布的影响主要反映在指数m发生变化这一点上。与实测资料比较发现,公式较好地反映了天然河道流速分布的实际情况。     

冲积平原河流平面流动的数值模拟

本文对冲积平原河道平面二维流速分布的数值模拟进行了研究。通过资料分析得到了综合糙率沿河宽的分布规律。基于绘制水流平面图的基本思想,用差分法求解水流运动方程式,建立了数学模型,避免了以往水流平面图法的任意性,又可减少一般差分法的计算量及贮存量,经长江中游河段的实测资料验证,符合良好。