关于水流挟沙力的非完全自相似分析

张瑞瑾挟沙力公式在泥沙工程计算中已得到广泛应用,然而如何确定公式中的系数和指数,目前尚无有效的直接计算方法。从量纲分析入手,基于非完全自相似原理,提出了一种新的挟沙力分析方法,并采用水槽实验资料进行了检验和详细说明。分析结果表明:张瑞瑾公式中的指数可表达为V/ω(其中V为水流平均流速,ω为泥沙颗粒沉速)的对数函数,而其系数则与V/ω成幂函数关系。通过考虑V/ω对公式系数和指数的影响后,挟沙力公式的预测精度明显提高,计算误差可减少36%~49%。由于所用资料的范围有限,提出的公式普适性有待验证,但所采用的分析方法可能也适用于其他挟沙力问题。

大尺度糙率条件下流速分布规律的试验与理论研究

大尺度糙率条件下,床面糙率对水流特性的影响不再局限于近床区域,而会传播至包括自由表面的整个水深,这将导致被广泛认可的对数型流速分布规律不再适用。为避免自由表面对流场测量的影响,该文选用矩形断面粗糙管开展大尺度糙率水流试验。首先采用粒子图像测速技术(PIV)进行二维流场测量,并对实测流速的垂线分布进行了时间和空间的双平均处理;然后基于Prandtl紊流掺混理论,假设掺混长度为常数,推导出指数型流速分布公式。结果表明,理论公式与试验资料吻合良好,说明所采用的假设较好地描述了大尺度糙率水流的扩散特性。试验结果还表明,受大糙率元的影响,紊动强度和雷诺切应力的峰值位置明显偏离床面,紊动强度沿水深的分布趋向均匀。