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Sub-ensemble study of pressure gradient effects on the variation of Karman constant
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作者 WANG YanZhi SHE ZhenSu 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS 2012年第8期1439-1444,共6页
Using data from direct numerical simulation (DNS) of incompressible and compressible channel flow, we develop a method of sub-ensemble decomposition to investigate the pressure gradient effect on the Karman constant... Using data from direct numerical simulation (DNS) of incompressible and compressible channel flow, we develop a method of sub-ensemble decomposition to investigate the pressure gradient effect on the Karman constant and the additive constant B characterizing the mean velocity profile (MVP). The sub-ensemble decomposition is defined according to the magnitude of vertical fluctuation velocity, which mimics coherent motions like ejection and sweep. DNS data analysis shows that each sub-ensemble displays a distinct Karman constant, with a variation which mimics effects of pressure gradient. The latter is demonstrated by a relation between sub-ensembles' km and Bm similar to empirical data under various pressure gradients. A set of global parameters, k0-pg=0.39 & B0-pg=5.5, are then derived for interpreting two constants observed by Nagib et al. 展开更多
关键词 sub-ensemble vertical fluctuation velocity pressure gradient karman constant
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基于分段二次流变模型的泥石流流速垂向分布
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作者 杜翠 李戎 梁斌 《河南科技大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2023年第6期93-99,M0008,共8页
泥石流流速垂向分布是泥石流动力学的核心研究内容之一,它关系到泥石流堆积、运移、冲击力、运动摩阻等重要工程设计参数的计算。本文对二次流变模型进行分段处理,建立泥石流流速垂向分布理论计算公式,用17组试验数据对模型进行验证。... 泥石流流速垂向分布是泥石流动力学的核心研究内容之一,它关系到泥石流堆积、运移、冲击力、运动摩阻等重要工程设计参数的计算。本文对二次流变模型进行分段处理,建立泥石流流速垂向分布理论计算公式,用17组试验数据对模型进行验证。结果表明:分段流变模型能较好地拟合试验数据;基于试验数据,建立了卡门常数与含沙量之间的关系,给出了流速为0的位置与中值粒径和含沙量的关系。 展开更多
关键词 泥石流 分段流变模型 流速垂向分布 卡门常数
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圆管湍流脉动流动与换热的数值模拟 被引量:17
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作者 翟明 董芃 +2 位作者 王希影 丁伟玲 夏新林 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第20期85-91,共7页
利用标准k-ε模型结合脉动燃烧器尾管的实验参数进行湍流脉动流动与换热的数值模拟,通过修正模型内的冯·卡门常数建立适用于实验条件下的脉动流动的湍流计算模型,并研究脉动湍流中压力振幅和频率对湍流流动和换热特性的影响。研究... 利用标准k-ε模型结合脉动燃烧器尾管的实验参数进行湍流脉动流动与换热的数值模拟,通过修正模型内的冯·卡门常数建立适用于实验条件下的脉动流动的湍流计算模型,并研究脉动湍流中压力振幅和频率对湍流流动和换热特性的影响。研究发现:符合实验条件下的冯·卡门常数范围为0.48~0.52;脉动瞬时截面上的速度在靠近壁面附近出现峰值且速度变化较大;速度与温度分布呈周期性变化;压力振幅越大,速度和温度波动范围就越大,频率越大,速度和温度的波动范围则越小;壁面摩擦系数随着压力振幅的增加而减小,随着频率的增加而增大;壁面平均对流换热系数随压力振幅的增加而增大,随频率的增加而减小。 展开更多
关键词 脉动流动 流动与换热 湍流模型 冯·卡门常数 数值模拟
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高低含沙水流流速分布的统一规律 被引量:17
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作者 舒安平 刘青泉 费祥俊 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第10期1175-1180,共6页
作为自然界中普遍存在的一种典型的固液两相流,挟沙水流流速分布具有与清水不同的变化规律。本文明确挟沙紊流(无流核)为研究对象,通过天然沙挟沙水流流速试验,首先分析紊动状态下高、低含沙水流流速分布特点;在此基础上,通过引入同时... 作为自然界中普遍存在的一种典型的固液两相流,挟沙水流流速分布具有与清水不同的变化规律。本文明确挟沙紊流(无流核)为研究对象,通过天然沙挟沙水流流速试验,首先分析紊动状态下高、低含沙水流流速分布特点;在此基础上,通过引入同时反映含沙量和颗粒级配影响的相对黏度指标,分析高、低含沙紊流的卡门常数κ统一规律及其表达式,由此将高、低含沙水流流速分布统一于卡尔曼-勃兰德尔对数流速分布公式上,并应用室内粉煤灰等试验资料分别验证了卡门常数κ及卡尔曼-勃兰德尔对数流速分布公式的合理性和可靠性;本项研究成果对进一步揭示高、低含沙水流的水流结构与输沙机理以及对河道整治规划设计具有重要的现实意义。 展开更多
关键词 挟沙水流 高含沙水流 流速分布 卡门常数κ
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大气边界层湍流能量交换特征研究进展 被引量:5
5
作者 李富余 张宏升 陈家宜 《气象科技》 北大核心 2004年第5期305-310,共6页
从一维湍流能量平衡方程出发,回顾了近几十年湍流能量平衡方程中的各项以及Karman常数k的研究成果,总结了大气边界层湍流能量交换特征的研究概况和热点问题,并对今后发展趋势做了展望。实验研究表明,湍流能量平衡方程中的各项在不同条... 从一维湍流能量平衡方程出发,回顾了近几十年湍流能量平衡方程中的各项以及Karman常数k的研究成果,总结了大气边界层湍流能量交换特征的研究概况和热点问题,并对今后发展趋势做了展望。实验研究表明,湍流能量平衡方程中的各项在不同条件下有不同的形式;传统的能量产生和耗散的局地平衡假设存在不足,特别是在不稳定条件下,垂直的湍流输运和压力脉动对湍流能量收支起了非常重要的作用。Karman常数与Rossby数和Reynolds数无关,在比较光滑的下垫面上k近似等于040±001。 展开更多
关键词 大气边界层 能量交换 能量平衡方程 特征研究 湍流输运 下垫面 不稳定 常数 热点问题 垂直
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挟沙水流卡门常数的影响因素 被引量:2
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作者 周宜林 唐洪武 +2 位作者 闫静 许芝国 郭琦 《泥沙研究》 CSCD 北大核心 2008年第3期51-56,共6页
挟沙水流卡门常数是反映泥沙运动对水流结构影响的重要参数之一,本文回顾并讨论了挟沙水流卡门常数的计算公式及其影响因素。基于影响因素的量纲分析,得到了影响挟沙水流卡门常数的无量纲参数的关系式,由水槽实验资料确定出卡门常数的... 挟沙水流卡门常数是反映泥沙运动对水流结构影响的重要参数之一,本文回顾并讨论了挟沙水流卡门常数的计算公式及其影响因素。基于影响因素的量纲分析,得到了影响挟沙水流卡门常数的无量纲参数的关系式,由水槽实验资料确定出卡门常数的计算公式。经有关实验观测资料和长江、黄河实测资料的检验,表明本文所得公式计算的卡门常数与实验观测资料和野外实测资料的分析值均符合较好。 展开更多
关键词 卡门常数 挟沙水流 对数流速分布 水流结构 悬移质
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含沙量变化对U型渠道垂线流速分布的影响 被引量:3
7
作者 王亚林 张耀哲 《西北农林科技大学学报(自然科学版)》 CSCD 北大核心 2011年第9期230-234,共5页
【目的】探索含沙量变化对U型渠道挟沙水流垂线流速分布的影响,进而从理论上完善挟沙水流流速分布规律。【方法】通过U型渠道水槽试验,测定水流中含沙量为1.12~500kg/m3时,最大流速所在位置的变化,同时引入卡门常数κ,来反映含沙量对... 【目的】探索含沙量变化对U型渠道挟沙水流垂线流速分布的影响,进而从理论上完善挟沙水流流速分布规律。【方法】通过U型渠道水槽试验,测定水流中含沙量为1.12~500kg/m3时,最大流速所在位置的变化,同时引入卡门常数κ,来反映含沙量对垂线流速分布的影响。【结果】当水流含沙量s<300kg/m3时,随着含沙量的增加,最大流速点的位置逐渐下降,在主流区、底流区和表面区,挟沙水流均遵循对数流速分布规律,但κ的变化规律不同;当含沙量s≥300kg/m3时,水流的流型发生了变化,表面区、主流区水流不再遵循对数流速分布规律,底流区虽仍遵循对数流速分布规律,但κ的变化规律与s<300kg/m3时不同,κ的变化趋势总体随着含沙量的增大而减小。【结论】U型渠道挟沙水流遵循对数流速分布规律,κ的变化规律与普通明渠不同,应该分别对待。 展开更多
关键词 U型渠道 含沙量 卡门常数 挟沙水流 流速分布
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近地层风廓线与垂直湍流强度关系研究 被引量:7
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作者 刘烽 吴增茂 薛越霞 《青岛海洋大学学报(自然科学版)》 CSCD 2000年第1期36-42,共7页
通过改进Prandtl混合长理论,得出近地层风廓线形式u/z为u*/k1z其中k1:(σw/u*)(1-k/2);在中性层结下k1为0.4,风廓线与传统形式完全相同。分析认为Karman常数与垂直湍流强度有关,其量值的弱不确定性是由于“中性”及“近地层常通量假定... 通过改进Prandtl混合长理论,得出近地层风廓线形式u/z为u*/k1z其中k1:(σw/u*)(1-k/2);在中性层结下k1为0.4,风廓线与传统形式完全相同。分析认为Karman常数与垂直湍流强度有关,其量值的弱不确定性是由于“中性”及“近地层常通量假定”不符合实际大气情况所致;所建立的垂直湍流强度与无量纲风廓线关系可以合理地描述在稳定边界层的情况。 展开更多
关键词 近地层 风廓线 湍流 湍流强度 混含长
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Velocity and Sediment Concentration Profiles in Sediment-Laden Flows 被引量:2
9
作者 杨树清 Soon-Keat TAN Siow-Yong LIM 《海洋工程:英文版》 2004年第2期229-244,共16页
A theoretical analysis of velocity profiles in sediment-laden flows is presented by means of Prandtl-Karman mixing length theorem. The study shows that the upward velocity of liquid-phase caused by settling sediment l... A theoretical analysis of velocity profiles in sediment-laden flows is presented by means of Prandtl-Karman mixing length theorem. The study shows that the upward velocity of liquid-phase caused by settling sediment leads to the invalidity of the log-law and Rouse equation. The theoretical analysis takes into account the upward velocity and shows: 1) the mean velocity in sediment-laden flows follows the log-law, but the Karman constant reduces in the main flow region, 2) sediment concentration reduces the mixing length of fluid particles, 3) flow resistance reduces with the presence of sediment concentration, and 4) the sediment concentration profile deviates from the well know Rouse equation. The experimental data agree well with the equations derived on the basis of non-zero wall velocity. It is found that the wall-normal velocity should not be neglected for density gradient flows because it induces more than for pure water flows. 展开更多
关键词 sediment concentration reduction of karman constant log-law sediment concentration distribution
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明渠均匀紊流掺混长度分布研究 被引量:1
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作者 胡涛 吴鹏飞 赵鹏 《水利与建筑工程学报》 2012年第4期96-98,117,共4页
明渠均匀紊流的Prandtl掺混理论中,对掺混长度分布的计算有两种不同的公式。根据试验资料对这两个掺混长度分布计算式进行了比较分析,结果表明Prandtl在推导对数流速分布公式时采用的掺长分布线形计算式和实验资料吻合良好。这一结果有... 明渠均匀紊流的Prandtl掺混理论中,对掺混长度分布的计算有两种不同的公式。根据试验资料对这两个掺混长度分布计算式进行了比较分析,结果表明Prandtl在推导对数流速分布公式时采用的掺长分布线形计算式和实验资料吻合良好。这一结果有助于纠正长期以来认为的Prandtl掺长线性分布计算式与实际不符的观点。 展开更多
关键词 均匀紊流 混掺长度 试验 卡曼常数
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二维均匀剪切湍流的湍涡闭合方案 被引量:1
11
作者 赵建华 张强 《干旱气象》 2010年第1期8-19,共12页
通过仔细分析Thorpe与Woods等对湍流的典型实验,得到如下结论:(1)提出了湍流的太极模型;(2)指出了湍流串级的内容包括2个内容,一是湍流外圈层(大涡)在内旋到内部时产生新的圈层(小涡),二是在阴阳旋臂相切的锋面由于依然存在较大切变而... 通过仔细分析Thorpe与Woods等对湍流的典型实验,得到如下结论:(1)提出了湍流的太极模型;(2)指出了湍流串级的内容包括2个内容,一是湍流外圈层(大涡)在内旋到内部时产生新的圈层(小涡),二是在阴阳旋臂相切的锋面由于依然存在较大切变而产生新的次尺度湍涡;(3)指出湍流的耗散机制是通过湍涡,把具有切变的2流场的交界面通过旋转而无限拉长以增大2者的接触面积,加强了交界面之间的分子交换,从而实现了湍流层层混合的高效率;(4)基于湍涡结构,提出了湍涡闭合方案,给出了Reynolds应力的表达式,闭合了雷诺方程;(5)混合长反映了湍涡的大小,Karman常数则反映了湍涡内外半径比的关系;(6)指出Reynolds方程算子是湍流方程推导的关键,提出了湍流算子的概念;(7)推导出了新型的湍流运动方程;(8)提出了关系不变性原理。 展开更多
关键词 湍涡模型 湍涡闭合方案 karman常数 湍流算子 关系不变性原理
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Velocity profile of debris flow based on quadratic rheology model
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作者 DU Cui WU Wei-ming MA Chao 《Journal of Mountain Science》 SCIE CSCD 2021年第8期2120-2129,共10页
The quadratic rheology model considers the yield stress,viscous stress,turbulent stress and disperse stress,so it is used in this study to derive the velocity profile of debris flows.The quadratic model with the parab... The quadratic rheology model considers the yield stress,viscous stress,turbulent stress and disperse stress,so it is used in this study to derive the velocity profile of debris flows.The quadratic model with the parabolic eddy viscosity was numerically solved,and an analytical solution was derived for the quadratic model with a constant eddy viscosity.These two solutions were compared with the Arai-Takahashi model that excluded the viscous stress and the yield stress.The three models were tested by using 17 experiment cases of debris flows over rigid beds.The results prove that the quadratic model with parabolic and constant eddy viscosities is applicable to muddy and granular flows,whereas the Arai-Takahashi model tends to overestimate the flow velocity near the water surface if a plug-like layer exists.In addition,the von Karman constant and the zero-velocity elevation in the three models are related to sediment concentration.The von Karman constant decreases first and then increases as the sediment concentration increases.The zero-velocity elevation is below the bed surface,likely due to the invalidity of the non-slip boundary condition for the debris flows over fixed beds. 展开更多
关键词 Debris flow Velocity profile Parabolic model von karman constant
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卡门常数研究现状及存在的问题 被引量:3
13
作者 柳小珊 卢金友 +1 位作者 廖小永 吴昌洪 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2014年第6期1-6,共6页
挟沙水流卡门常数是反映固液两相流中泥沙对水流结构影响的重要参数之一。鉴于此,回顾了卡门常数的来历、实质和卡门常数的影响因素、物理意义,总结了国内外因考虑因素不同而导出的卡门公式,接着对研究得到的卡门常数作了一个简要客观... 挟沙水流卡门常数是反映固液两相流中泥沙对水流结构影响的重要参数之一。鉴于此,回顾了卡门常数的来历、实质和卡门常数的影响因素、物理意义,总结了国内外因考虑因素不同而导出的卡门公式,接着对研究得到的卡门常数作了一个简要客观的评价,最后指出卡门常数进一步研究需要注意的问题:从能量输移理论进一步弄清楚能量分配机制,同时需要更精确的试验资料进行分析。 展开更多
关键词 卡门常数 挟沙水流 对数流速分布 混掺长度
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低含沙坡面薄层水流垂线流速特征试验分析 被引量:1
14
作者 牛梦飞 孙三祥 龚正威 《兰州交通大学学报》 CAS 2022年第6期96-102,共7页
为分析低含沙量条件下坡面薄层水流速分布规律.试验选用有机玻璃水槽,基于粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术根据5种水深、3种坡度、3种含沙量的垂线流速测量结果.发现含沙量对阻力系数λ,卡门常数κ都具有较大影响,水... 为分析低含沙量条件下坡面薄层水流速分布规律.试验选用有机玻璃水槽,基于粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术根据5种水深、3种坡度、3种含沙量的垂线流速测量结果.发现含沙量对阻力系数λ,卡门常数κ都具有较大影响,水流的垂线流速分布与明渠存在较大差别.低含沙坡面薄层水流中,阻力系数λ随含沙量增大而增大,随坡度增大而增大,且受边壁影响较大.垂线分布最大流速产生在相对水深0.7~0.8的位置.在低含沙量条件下,水流在内区(底流区和主流区)的垂线流速遵循对数分布规律,其中卡门常数κ随含沙量增大而减小;最大流速约为垂线平均流速的1~1.1倍. 展开更多
关键词 坡面薄层水流 低含沙量 PIV 流速 卡门常数
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基于诊断函数的薄层流对数律研究
15
作者 杨坪坪 张玉珊 +2 位作者 李瑞 张会兰 王云琦 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期167-175,共9页
薄层流是一种特殊形态的明渠流,其特点是水深浅薄。为探讨薄层流流速分布是否满足对数律,该研究利用高分辨率粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术,分析8组薄层流(水深0.49~1.1 cm,雷诺数835~2877)及1组深水明渠紊流(对照... 薄层流是一种特殊形态的明渠流,其特点是水深浅薄。为探讨薄层流流速分布是否满足对数律,该研究利用高分辨率粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术,分析8组薄层流(水深0.49~1.1 cm,雷诺数835~2877)及1组深水明渠紊流(对照)床面至水面的流速分布、紊动强度及雷诺应力。并基于诊断函数,研究薄层流流速是否满足对数律、对数区的范围及卡门常数变化规律。结果表明,薄层流的无量纲流速从过渡区开始偏离深水明渠水流中的理论曲线;薄层流的流向紊动强度大于深水明渠紊流,但垂向紊动强度小于深水明渠紊流,随着水深的增加,两者的紊动强度逐渐重合;雷诺应力的特征表明,随着水深的增加,受黏性力影响的范围越来越小。薄层流诊断函数曲线的特征说明薄层流中不存在严格意义的对数区,但当水深极浅时(水深≤0.53 cm),流速基本满足对数律,且卡门常数在0.2~0.3范围内。当水深和雷诺数增加,薄层流诊断函数曲线出现波动而不再近似水平。为方便实际计算,若允许诊断函数有一定的倾斜,对数区在极大值与极小值之间的范围,薄层流的卡门常数随着雷诺数的增加而增加。此外,薄层流对数区的范围并非稳定,随着雷诺数的增加,对数区影响的范围变大。该研究可为薄层流的理论研究和流速计算提供参考。 展开更多
关键词 流速 粒子图像测速 渠道 薄层流 卡门常数 诊断函数 对数律
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湍流模型系数不确定度对翼型绕流模拟的影响 被引量:12
16
作者 赵辉 胡星志 +2 位作者 张健 陈江涛 马明生 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期68-78,共11页
使用非嵌入式多项式混沌方法研究了湍流模型系数的不确定度对RAE2822跨声速翼型绕流模拟的影响。计算中关注了数值模拟的积分量(升力系数、阻力系数)和局部量(壁面压力、摩擦系数和空间马赫数分布)的不确定度量化结果。首先,从单输入变... 使用非嵌入式多项式混沌方法研究了湍流模型系数的不确定度对RAE2822跨声速翼型绕流模拟的影响。计算中关注了数值模拟的积分量(升力系数、阻力系数)和局部量(壁面压力、摩擦系数和空间马赫数分布)的不确定度量化结果。首先,从单输入变量入手,研究卡门常数的不确定度对数值模拟的影响。然后,同时考虑Spalart-Allmaras模型中9个参数的不确定度带来的影响。通过多项式混沌展开,得到系统输出对不确定输入变量的响应,由此可以得到输出的统计特性,包括平均值、方差和极值等信息。最后,在多变量不确定度量化过程中,通过Sobol指标来量化每个输入变量的不确定度对输出不确定度的贡献程度。本文计算只考虑了RAE2822跨声速翼型模拟的单一计算状态,影响规律是否可以推及其他工况和算例需要进一步检验。 展开更多
关键词 不确定度量化 多项式混沌 湍流模型 卡门常数 翼型绕流
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