展向和流向间距不同的粗糙元壁湍流ADV实验研究

为了揭示粗糙元对壁湍流的影响,采用声学Doppler流速仪(ADV)对布有展向或流向圆柱形粗糙元的壁湍流进行了实验测量。研究了不同Reynolds数下不同间距粗糙元对壁湍流流向平均速度和湍流度的影响。结果表明:在同一Reynolds数下,粗糙元展向间距为7倍直径时的壁湍流流向平均速度最小,湍流度最大。粗糙元流向布置的壁湍流流向平均速度随粗糙元间距的减小而减小,湍流度随粗糙元间距的减小而增大。相比流向粗糙元,展向粗糙元对湍流流动特性影响更大。研究结果对壁湍流流动控制和强化换热的工程应用具有指导意义。

基于ADV的耙头周边主流流场测量实验

在现有耙吸挖泥船的耙头研究中,关于其周边流场的测量数据较为匮乏。该文搭建了全透明耙头测试实验台,利用声学多普勒流速仪(ADV)对耙头周边主流区的流场进行测量。探讨了ADV在壁面附近的流速测量技巧方案,针对ADV的测量特点设计了移动调节装置,在确保测量数据准确可信的基础上,改变抽吸速度,在耙头吸口周边选择38个测量面,每个测量面在不同吸口边距和不同对地高度处测出流速值,共测量了342个测点。分析测量数据发现,耙头外左右两侧流场基本对称分布,主要分为前侧、左右两侧和相互干扰区,耙头抽吸效果主要由非干扰区流动决定,耙头前侧流速值小于两侧。在该文实验条件下,耙头周边各测量面流速随流量线性增加,随吸口边距基本线性减小,随测点升高而有所减小。在此基础上,分析了流场的形成原因,并探讨了耙头起动粒径的估算方法,以期为工程设计提供相关参考。

刚性非浸没式植被对弯道水流特性的影响

该文采用180°U形矩形截面弯道玻璃水槽模拟天然弯道河流,运用声学多普勒流速仪(acoustic doppler velocimeter,ADV)研究刚性非浸没式植被(密度4.47%)对弯道水流纵向流速分布,横向环流及湍流动能(turbulence kinetic energy,TKE)的影响。实验结果表明,当水槽流量较小时,植被对水流的阻碍作用较小,由流速降低而导致的水深增加现象不明显,当水槽流量增大时候,植被对水位的抬升现象明显;水流受植被"阻滞"作用,弯道处纵向流速沿水深分布不再服从"对数型"分布规律,且原本水流受弯道作用后呈现的"上减下增"效果也消失;植被加快了最大流速区向凸岸转移,到达弯道出口时,最大流速区逐渐转移至断面中部区域;在植被的影响下,各断面弯道环流消失;植被会加剧水流紊动效应,导致湍动加剧,TKE增大。上述实验结论将增进研究者对植被对弯道水流特性影响的理解,同时也为泥沙疏浚,河道生态系统恢复提供指导。