泥沙异重流稳定水跃的耗能与掺混实验研究北大核心CSCD

异重流稳定水跃是非连续异重流中的一种典型流态,反映着由急流过渡到缓流时的运动特征。其运动过程伴随着复杂的耗能和掺混过程,目前的研究还不能很好地解释两者间的对应关系。本文利用水槽实验,观测了泥沙异重流在斜坡与平底交界处的水跃现象,通过推导水头损失公式,分析了水跃耗能和掺混关系。研究发现增加入口含沙量或初始水深,或减小入口流速,均导致水跃强度减弱,共轭水深比值减小,异重流层厚度增加受限。这种实验现象伴随着水跃耗能过程的强弱,入口含沙量或初始水深的增加,或入口流速的减小,均导致水跃前后的水头损失降低,减少了被卷吸的上层清水流量,共轭水深比值进而减小,异重流层密度也有小幅降低。通过对异重流水跃的耗能过程分析,可知耗能减小表明流层间的紊动强度减弱,能有效地降低异重层和上层清水的掺混速率。通过回归分析,发现共轭水深比值与水头损失比∆hf/hf1,以及∆hf/h f1与掺混系数K_(Q)均呈现出正比例线性关系。本文推导的能量指标是分析异重流水跃过程、揭示异重流掺混机制过程的可行方法。