水力光滑明渠流流速分布的新公式

采用一个新的湍流黏性模型研究水力光滑明渠流的流速分布,得到的结果与以往在明渠中所测的实验数据吻合较好。基于这个湍流黏性模型,推导出一个新的光滑明渠流外部区域的流速亏损规律,该表达式可以推广到内部区域,并提出一种新的确定内部区域流速分布的近似方法。运用本文给出的公式计算结果与由多普勒激光流速计所测的实验数据吻合良好。在只给出平均流速和水深的情况下,根据本文给出的公式可求得内外区域流速分布。

光滑明渠均匀紊流水流结构研究

建立了一套高精度的明渠水流试验系统,并通过PIV流场仪测量了光滑明渠均匀紊流的水流结构。为真实反映均匀紊流的水流特性,PIV采样次数约需要3000次。试验结果:对数-尾流律公式能够很好地描述明渠均匀紊流垂线流速分布,卡门常数、积分常数和尾流律系数分别为0.407、4.902和0.272;紊流度垂线分布符合前人的研究成果,但经验系数有所差别,分别为Du=2.05、Dv=1.21、Ck=1.25。

光滑明渠非恒定流传播速度实验研究

建立了一套高精度的明渠非恒定流实验系统,并通过40组水槽实验研究光滑明渠内正弦型连续非恒定流的传播速度。实验表明,明渠非恒定流的传播速度为非恒定流波峰时的流速和微波波速之和。通过相关分析拟合得出的公式计算结果与实测数据吻合较好,拟合公式能较好地反映非恒定流传播特性。

光滑明渠非恒定流变形特性研究

为了探求明渠非恒定流的变形特性,建立了一套高精度的明渠非恒定流试验系统,通过不同频率、流量、底坡等40组水槽试验,对光滑明渠内正弦型连续非恒定流传播过程进行了研究。结果表明:非恒定流在传播过程中,随着传播距离的增加,其上升段往往越来越陡,下降段越来越缓,甚至出现波的破碎现象,但总的周期保持不变。最后通过对40组试验结果分析,得到了计算明渠非恒定流变形率Ta(x)的计算公式。

光滑明渠非恒定流流量变化规律研究

建立了一套高精度的明渠非恒定流试验系统,并通过40组水槽试验研究光滑明渠内连续非恒定流传播过程中的流量变化规律。试验表明:1)非恒定流在传播过程中,当周期较长时,出口处的波峰流量趋近于进口处最大流量Qmax,波谷流量趋近于进口处最小流量Qmin;2)周期较小时,出口处的波峰、波谷流量均趋近于进口处的平均流量Q;3)在非恒定流传播过程中平均流量Q沿程保持不变。通过对40组试验结果分析,得到了明渠非恒定流传播时波峰流量Qmax及波谷流量Qmin的计算公式,相关分析表明两式均具有较好的精度。

受边壁影响的矩形光滑明渠垂线流速分布研究

当明渠宽深比较小时,由于边界剪切应力分布不再是均匀的。垂线流速分布由底向上,从某一高度开始,在该点以下为对数分布,在该点以上为抛物线分布。本文在已有研究理论的基础上,验证了流速最大点位置α分布公式的正确性,提出了光滑矩形明渠各垂线上流速分布的新抛物线公式。

光滑壁面明渠水流的三维格子玻耳兹曼模拟

明渠水流与泥沙运动、河床演变等问题密切相关,明渠水流特征的研究对于揭示明渠水流作用下的泥沙运动机理具有十分重要的意义.为此,应用新型数值模拟方法三维格子玻耳兹曼方法对明渠均匀流进行了研究.首先介绍了格子玻耳兹曼方法的理论基础、边界条件处理以及流动的驱动方式,接着分别模拟了明渠层流和光滑壁面紊流的近底水流运动.结果表明,得到的明渠层流流速和切应力分布与解析解吻合较好,同时较好地反映了光滑壁面明渠紊流的流速分区结构、紊动特性和阻力规律,从而说明格子玻耳兹曼方法在明渠水流模拟中具有较好的适用性,为进一步采用该方法研究明渠流近底泥沙颗粒运动机理奠定了基础.

光滑宽浅明渠流动垂线流速分布公式研究

对于宽浅光滑明渠流而言,目前工程上常用的是对数流速分布公式,但是对数公式在y+=u*y/ν=0处无意义,这一点在理论上是不合理的。本文从N-S方程入手推导出内区外区的流速导数公式,在此基础上给出了适用于整个水深范围内的流速导数公式,对其求积分得出了宽浅明渠流速分布统一公式并通过试验数据求出了公式中的未知参数。作者公式u+不仅是无因次水深y+的函数,而且也是y/h的函数,这一点与对数补偿公式相似。利用647组试验数据,将作者公式与现存的三家流速分布统一公式对比,发现作者模型计算精度最高。另外,对作者公式求导发现,当在y+=h+处,du+/dy+=0,满足极值定理,说明作者公式的结构比其它公式更合理。