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。