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。     

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。     

流速仪低速性能与内摩阻的关系

本文讨论LS25—1型旋桨流速仪低速性能与仪器内摩阻的关系。提出用力矩仪测定摩阻力矩,进而确定仪器低速性能,并进行了可行性论证。此法与传统的流速仪检定法比较,具有简便、精确、可靠、经济和省时等特点,适应于无检定水槽的测站,就地检修仪器时确定低速性能参数。这是对流速仪低速检定的一个重大改革,在现实中具有重要的技术、经济效益。     

水锤计算中摩阻的处理方法

总结瞬变流控制方程摩阻项积分的处理方法,指出这种在传统的拟恒定摩阻假设基础上的处理方法存在问题,着重阐述国外对瞬变流的非恒定摩阻问题的研究进展,分析评述了几类典型的非恒定摩阻模型,并指出一些新思路和研究方向.     

台阶式溢洪道摩阻流速沿程变化研究

为了研究台阶式溢洪道摩阻流速沿程变化规律,将其与相对应的光滑溢洪道进行对比,引入相对摩阻流速的概念。通过对台阶高度为0.5～2.0 m、坡角为26.6°～48.0°、单宽流量为35.7～62.2 m~2/s的台阶式溢洪道模型进行试验,分析了各个模型条件下摩阻流速和相对摩阻流速与流程长度之间的关系。分析发现:台阶式溢洪道摩阻流速沿程变化情况复杂,而台阶式溢洪道相对摩阻流速与流程长度之间具有良好的线性关系,规律显著,便于分析应用,以此论证了引入台阶式溢洪道相对摩阻流速的必要性。适当提高台阶高度对消能有利,在小单宽流量和坡度较陡时,台阶式溢洪道消能效果更佳。     

水锤计算中摩阻的处理方法综述

管道流体摩擦引起两个问题：数值计算上摩阻项的(显)隐式有限差分近似；(非恒定)摩阻引起的水锤波衰减。后者一直未得到合理解释。本文先总结传统的在拟恒定假设基础上对摩阻的处理．再着重阐述国外对瞬变流下的非恒定摩阻问题的研究进展，并指出一些新思路和研究方向。     

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。     

声学多普勒流速剖面评价方法介绍与探讨

声学多普勒流速剖面仪是20世纪80年代初发展起来的一种新型测流设备,目前被广泛用于流速和流量测验。介绍了美国地质调查局（简称USGS）对声学多普勒流速剖面仪的评价方法,并探讨利用国内现有流速仪检定水槽评价多普勒流速剖面仪的方法。通过USGS的大量实践和我国水文工作者的工作,通过设备比测、底跟踪基线比测、断面流量比测、检定水槽等方法可有效评价声学多普勒流速剖面仪的流速性能。     

流速运动方程影响因素分析

本文通过用数理统计的方法对流速运动方程的确定,以及流速运动方程影响因素分析,并指出了流速运动方程中不确定因素的影响原因,对基层勘测队(站)的实际作有着重要的指导意义。     

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.     

人工加糙明渠糙率值与水流流态关系试验

采用3种不同粒径粗糙度的人工加糙明渠和光滑PVC壁面明渠,在9种不同底坡、6组不同的流量条件下,研究了明渠均匀流中糙率值与粗糙度、弗汝德数间相关关系。研究结果表明:(1)相同流量条件下:随着弗汝德数Fr的增大,糙率n值逐渐增大。同一弗汝德数Fr下,粗糙度Δ越大,糙率n值越大。(2)不同绝对粗糙度下:随着弗汝德数Fr增大,糙率n值增大。当Fr0.70时(即缓流),糙率n值与弗汝德数Fr有关,与绝对粗糙度Δ关系不大,即n=f(Fr);当0.7Fr1.0时(即缓流),糙率值n与弗汝德数Fr和绝对粗糙度Δ都有关系,即n=f(Fr,Δ);当Fr1.0时(即急流),糙率n值与绝对粗糙度Δ有关,与Fr关系不大,即n=f(Δ)。     

淹没柔性植被明渠恒定水流水力特性研究

采用三维多普勒超声测速仪(ADV)对淹没柔性植被明渠恒定水流的水力特性进行了实验研究。采用羽毛来模拟天然河道的柔性植被,对不同的植被密度、不同淹没度和不同流量条件下柔性植被明渠恒定水流流速场进行了测量,得到了淹没植被情况下纵向流速和雷诺应力沿垂向的分布。分析表明,植被上层区域与植被区域水流表现出不同的水力特性,植被上层区域的雷诺应力近似为直线分布,纵向流速呈经典的对数律分布;而植被区域,纵向流速则呈“S”型分布。在分析植被上层水流雷诺应力与纵向流速的关系的基础上,利用普朗特混合长度理论推导了植被上层水流流速的理论表达式,理论公式所得结果与实测数据符合良好。     

明渠断面水流流速与边界剪切应力横向分布模型

天然河流的横断面多为由主槽和漫滩组成的复式断面,水流在这种断面中比在单一断面中受到更多因素影响,流态也更加复杂。通过将明渠横断面上微元体在水流方向的N-S控制方程沿水深积分,得出描述垂线平均流速和边界剪切应力横向分布的模型,并通过对实验数据的验证,确定了模型的实用性。     

人工渠道糙率系数影响因素的试验研究

通过物理模型试验资料分析,探讨了矩形渠道的糙率与渠道水深、弗汝德数的变化规律。分析得出:当底坡不变时,随着弗汝德数Fr的增大,糙率n值逐渐减小。在缓流渠道中,渠道糙率n随弗汝德数Fr变化的速率很快;在急流渠道中,渠道糙率n值随弗汝德数Fr的速率较慢。糙率系数n随水深h的变化关系与流态有关。缓流中,随着水深h的增大,糙率n值减小;急流中,当弗汝德数11.51时,糙率系数n随水深h的增大而增大。     

大比降卵石河床水流运动试验研究

针对我国西北地区内流河宽浅变迁河段的比降和河床组成,本文采用乒乓球模拟颗粒排列紧密的大比降河床,研究大比降卵石河床的粗糙尺度和流速分布问题。试验研究发现:(1) 相对光滑度H/Ks >1.9时,垂线流速服从对数分布规律较好;H/Ks <1.9 , 粗颗粒的形状对水面产生明显影响,对数分布规律较差,小尺度粗糙的临界值可确定为2。(2)采用对数流速分布拟合试验数据,在卡门系数k为0.4的情况下,得到粗糙壁面的积分常数为 9.4。并对本试验结果与国内外的研究成果作了比较。     

Prediction of boundary shear stress distribution in straight open channels using velocity distribution

Conventional methods for measuring local shear stress on the wetted perimeter of open channels are related to the measurement of the very low velocity close to the boundary.Measuring near-zero velocity values with high fluctuations has always been a difficult task for fluid flow near solid boundaries.To solve the observation problems,a new model was developed to estimate the distribution of boundary shear stress from the velocity distribution in open channels with different cross-sectional shapes.To estimate the shear stress at a point on the wetted perimeter by the model,the velocity must be measured at a point with a known normal distance to the boundary.The experimental work of some other researchers on channels with various cross-sectional shapes,including rectangular,trapezoidal,partially full circular,and compound shapes,was used to evaluate the performance of the proposed model.Optimized exponent coefficients for the model were found using the multivariate Newton method with the minimum of the mean absolute percentage error(MAPE) between the model and experimental data as the objective function.Subsequently,the calculated shear stress distributions along the wetted perimeter were compared with the experimental data.The most important advantage of the proposed model is its inherent simplicity.The mean MAPE value for the seven selected cross-sections was 6.9%.The best results were found in the cross-sections with less discontinuity of the wetted perimeter,including the compound,trapezoidal,and partially full circular pipes.In contrast,for the rectangular cross-section with an angle between the bed and walls of 90°,MAPE increased due to the large discontinuities.     

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。