管道高浓度含沙紊流试验资料的初步分析

本文首先简单地介绍了脉动能谱的理论;然后根据管道试验资料,对高浓度含沙紊流的机理进行了初步分析,着重说明细颗粒泥沙的制紊减阻作用. 一、清水紊流脉动能谱     

明渠紊流脉动结构的试验研究

本文采用激光流速仪对光滑、过渡和粗糙明渠紊流结构进行了系统的试验研究。根据试验成果,分析了上述紊流特点,指出了明渠时均结构和脉动结构与壁面粗糙的关系,对粗糙管道、明渠和天然河流中的水流脉动结构进行了分析比较。最后,文中对随机理论的明渠紊流时均结构和脉动结构表达式进行了初步验证。     

学术讨论

该文在水槽中进行了紊流的近壁绕流结构试验和层流向紊流过渡的试验,填补了过渡状态下明渠水流的实验研究的空白。但文中也还存在一些值得商榷的地方,现提出来讨论如下。 (一)层流和紊流的划分标准 层流是一种稳定的水流状态,任何一点在x,y,z方向的流速分别为它们并不因时间而改变,其脉动量均为零。而紊流则是极为复杂紊乱的脉动流态,水流流速随时间变化,其脉动量中至少有一个不为零,有时甚至能达到相当大的数值。严格说来,所有的水流运动均为紊流,只是其脉动强度有大小差异,而在其非常微弱时,可以近似地把这种水流状态当作层流处理。该文中的紊流发生率实测值实际上是水流脉动强     

含聚合物流体的紊动结构

在牛顿流体中加入少量高分子聚合物后，流体转变为粘弹性流体。文中分析了这种粘弹性流体在层流向紊流过渡状态下的脉动结构，应用窦国仁紊流随机理论。得出了层流、层流向紊流过程呼紊流各流动状态下的时均流速和脉动强度的统一的计算公式，这些公式得到了试验资料的详细验证了公式与试验数据吻合良好。     

层流向紊流过渡状态下粘弹性流体的紊流结构

本文应用激光流速仪,对清水水流及含高分子聚合物的流体(粘弹性流体)处于层流、层流向紊流过渡及紊流状态下的紊流结构进行了系统的试验研究。结合紊动随机模型,分析了两种流体处于层流向紊流过渡状态下的紊流结构,导得了计算脉动强度的统一公式,并利用试验成果,对运用随机理论得到的各紊动参数的表达式又一次进行了验证。     

紊流边界层脉动壁压研究

通过试验获得了紊流边界层脉动壁压信号，讨论了不同雷诺数条件下水流脉动壁压的统计特性，并对实测的脉动壁压进行了正交分解与低阶近似的研究．计算结果表明，紊流边界层的脉动壁压可用正交分解进行描述，其特征值随阶数的增加而减小，说明雷诺数越高，紊流中含能模态的激发越多．对脉动壁压进行低阶近似所须的阶数也与雷诺数的大小有关．     

紊流边界层中压力的脉动

紊流边界层中控制脉动压力的方程式是根据对不可压缩流体的已知方程导出的。讨论了附体紊流边界层并提出壁压脉动的主要原因是层流子层的间歇性喷发的假设。后者是流动显影试验时观察所得。这一假设与巳知的边界层压力脉动的特征是一致的,并为了解它们的作用提供了一个很好的物理框图。对脱体紊流边界层也进行了研究,与附体边界层相比,已推导出的方程式表明,在脱体边界层中可能有一个附加压力脉动源。首先,“紊动—紊动”的相互作用项是很重要的,其次,由于紊动与自由流方向的流速梯度相互作用会引起附加的压力脉动。在没有获得详细的试验资料之前,这些项的确切数值还不知道,但仍可表明:通常的紊动—平均剪切的相互作用可以产生压力模式,它在传递流速仅为自由流速的一小部分时,便会发生传递。因为这一结论与现有的超音速试验成果相矛盾,在超音速脱流中可能会发现压力脉动的附加结构。     

明渠紊流的紊动结构特性

本文采用二维激光流速仪对光滑及均匀加糙下的明渠紊流进行了系统的试验研究,测得了较为全面的紊动结构资料:时均流速,纵、垂向脉动强度,紊动切应力及相关系数。根据试验结果,分析了明渠紊流结构特性,并对紊流随机理论关于明渠紊流的紊动结构的(4)～(8)式进行了全面的验证,其结果吻合较好。     

糙率突减对渠道紊流边界层的影响

利用激光测速仪,对壁面自水力粗糙面突减至水力过渡面时过渡段内的明渠紊流进行了试验研究,测量了糙率突减不同水深情况下明渠紊流的纵向时均流速和脉动流速.通过实测资料,分析水深和糙率改变后内边界层发展变化规律、粗糙度及水深对内边界层厚度的影响以及糙率突减后从一种均匀紊流到形成新的充分发展紊流所需要的纵向长度.     

过渡状态下明渠水流紊动规律的实验研究

本文采用激光流速仪实验研究了处于过渡状态下的明渠水流的脉动规律。实验结果表明,过渡状态下的明渠水流在空间上和时间上都具有明显的随机性的脉动规律。本试验统计了不同绕流雷诺数下的层流和紊流的发生率。所有实验结果证实了窦国仁最近关于明渠中层流和紊流的总规律的理论研究。     

明渠渠底糙率突变对紊流摩阻流速及壁面切应力影响的试验分析

通过激光测速仪,对壁面糙率突变时的明渠紊流进行试验,测量了糙率突变不同水深情况下明渠紊流的纵向时均流速和脉动流速。通过实测资料分析不同糙率突变和不同水深的紊流摩阻流速变化情况和水流的壁面切应力的特点。     

高分子聚合物减阻流的紊流结构

减阻紊流刘许多科学技术领域都具有重要意义。然而由于问题复杂,目前对其时均流速分布的研究,基本上局限于试验数据的经验分析,而对脉动流速的研究,还处于对试验资料的定性描述阶段。本文从粘弹性流体的基本方程式出发,导出了粘弹性流体的剪力关系式;并在此基础上应用作者提出的紊流随机理论,导出了光滑明渠和管道中减阻紊流的时均流速分布公式和脉动流速强度分布公式;最后根据聚合物的化学物理性质,给出了确定上述公式中减阻参数的公式。导出的时均流速分布公式和脉动流速分布公式,不仅适用于紊流核心区,而且也适用于近壁的粘性区和过渡区,从而使原来只有用三个公式才能近似表述的时均流速分布规律,有了一个统一公式,并使脉动流速问题得到了定量分析和概括。文中引用各家的减阻流试验数据对导得各公式进行了验证,得到了几乎完全一致的结果。本文为研究减阻机理和阻力等问题提供了理论基础,然而对这些问题的研究结果,将专文加以论述,不在此文之内。     

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。     

粘弹性流体边界层运动的紊流结构

运用紊流随机理论研究了粘弹性流体紊流边界层运动的基本规律,导出了边界层内、外区及粘性底层各区统一的时均流速分布计算式;纵、横向脉动流速强度分布和能谱密度计算式。以现有实测资料对这些计算式进行的验证表明,计算结果与试验资料符合甚好。     

浑水脉动压力试验研究

在对量测技术进行研究和改进的基础上，对不同流态区清水和浑水脉动压力进行了系统的对比观测。试验结果表明：高含沙浑水不再属牛顿体而变为宾汉体，浑水的紊流结构发生变化。浑水脉动太力均方根和经度系数随含沙量增加呈直线关系增大，以常水水柱表示的脉动压力均方根和强度系数，浑水和清水没有区别。水流含沙后，浑水紊流结构的变化，并没有改变紊流结构中旋涡含能分布规律，紊动能仍然集中在大，中尺度旋涡中，所以，浑水和清水     

脉动水流诱导复合曲梁振动特性的试验研究

本文试验研究了复合曲梁在不同的诱导流作用下的振动特性，绕流Ｖ型翼、三角块、梯形块产生的三种没的脉动流及强紊流诱导复合曲梁的振动的规律均不同相同，脉动流导下，复合曲梁振动主要集中在其低阶固有频率上；强紊流时，振动则集中于高阶频率上，水充量对复合曲梁振动的振幅与频率在不同的诱导流下不同影响。     

高含沙水流的试验研究

本文介绍了高含沙管流紊流特性的试验研究成果。根据低含沙水流的试验结果建立了悬沙浓度分布与脉动速度垂直分量的关系。根据高含沙水流的试验结果建立了颗粒浓度对液体脉动特性的影响的关系。结合经验关系式,积分水流中悬移固相的连续方程式,导出计算水平管流中沿水深含沙量分布公式,这个公式对含沙浓度从零到最大值整个范围都适用。     

高分子聚合物减阻的试验研究

本文采用激光流速仪,对光滑明渠中清水水流、含高分子聚合物的流体(粘弹性流体)的紊流结构进行了系统的试验研究,根据试验结果,分析了高分子聚合物分子对流体时均结构、脉动结构及阻力系数的影响。在此基础上,结合国外试验资料,对聚合物分子的减阻机理进行了初步分析.最后,对随机理论提出的时均结构表达式及脉动结构表达式再次进行了验证.     

环境压力对高拱坝水垫塘水力特性的影响

本研究在常压和减压不同的环境压力下，研究了水垫塘内水流的流态特征、入水射流垫塘底板的冲击压力和脉动压力强度以及拱坝下游坝面的紊流脉动压力强度的特性，给出了不同环境压力下动水冲击压力的沿程分布、脉动压力强度沿程分布以及空间相关曲线。由试验成果发现，减压使水垫塘内水流流态及水力要素均发生变化，本文就这一现象作了初步的讨论分析     

M9定点测流在低流速紊流严重河道的应用

由于受到水利工程的影响,越来越多的水文站点的测流断面位于库区内,断面流速低且容易出现紊流情况,常规的机械流速仪无法在极低流速和紊流严重的情况下进行测验。而紊流和脉动也影响走航式ADCP的运用。为了解决这种情况下的流量测验问题,在广东省揭西县榕江南河干流东桥园站检验M9声学多普勒水流剖面仪在低流速紊流严重河道的测流情况,试验证明,M9定点测流可以满足极低流速和紊流严重的河段的流量测验。