密排加糙床面明渠水流结构试验研究

发布时间：2020-05-22 01:33

【摘要】：加糙床面明渠水流结构是河工模型试验研究的重要内容,但目前相关研究仍较薄弱,也较缺乏基于全场瞬时流速试验资料的加糙床面明渠水流特性分析。为揭示床面粗糙对明渠水流结构的定量影响规律,采用不同直径的圆形玻璃珠制作了3种加糙后水流流速和紊动特性的变化特征,取得了以下主要研究成果:(1)确定了密排加糙理论床面位置,光滑床面的纵向平均流速大于粗糙床面的纵向平均流速,且加糙粒径越大,纵向平均流速越小,垂向流速也存在相同规律;纵向流速沿相对水深垂线分布为对数分布。(2)床面加糙会改变近壁脉动流速u、v的频率分布和组织结构,随着粗糙雷诺数Re*的增加,u变化范围逐渐减小;而v呈现相反的变化趋势;光滑床面近壁区呈现出清晰的高、低速条带结构,加糙后条带结构逐渐变得不规则甚至完全消失。(3)床面加糙对垂向紊动强度的影响总体大于纵向,加糙后纵向和垂向紊动强度相对值在内区呈现不同的变化规律,流量相同时,粗糙雷诺数Re*越大,纵向紊动强度越小,而垂向紊动强度越大;床面粗糙对内区水流有密排加糙床面,基于光滑床面和密排加糙床面明渠紊流PIV流场测试资料,探讨了抑制纵向紊动和加强垂向紊动的双重作用,而对外区水流有加强纵、垂双向紊动的作用。(4)无量纲雷诺应力、涡粘性系数和混掺长度随水深的增大均呈现先增大后减小的规律,加糙后内、外区的雷诺应力绝对值均增大,内区增幅尤为明显,雷诺应力增大的原因在于水流质点混掺强度和频次均增大。(5)不同工况紊动能相对值在内区差异明显,随着水深比η的增大,紊动能差异逐渐较小,在水面附近趋于一致;加糙后内区紊动能绝对值总体减小,而外区紊动能绝对值有所增大。(6)Q2、Q4事件是紊流产生和维持的关键过程,加糙后Q2、Q4紊流事件概率增大,高速流体清扫作用和低速流体喷射作用加剧,质点动量交换和能量传递增强,第2、4象限的雷诺应力和紊动能增大,增加了水流能耗,是水流阻力增大的原因。
【图文】：

有间距加糙床面 密排加糙床面图 1.1 加糙形态1.2 研究现状本文将围绕 PIV 水槽试验数据，分析光滑床面和密排加糙床面明渠水流运动规律的差异，对不同密排加糙床面明渠水流运动规律展开讨论。1.2.1 明渠水流流速分布研究现状(1) 时均流速结构在紊流边界层流动中，最初的一般的流速分布公式为：AvyuuU ln() 1** （1.1）Keulegan 等[9]将边界层对数流速分布引入明渠流研究中后，对数流速分布公式普遍为广大水利工作者所接受。随着测量设备的提高，激光流速仪得到广泛应用，床面图 2加糙床面形态结构

第一章 绪论文的主要工作及章节安排本文主要工作于加糙床面形态对河流模拟研究的可靠性有很大影响，现阶段对于，，更多的是研究加糙方式与加糙阻力之间的关系，而忽略了其对水。因此，本文拟开展密排加糙床面水流特性研究，重点对加糙床面规律、水流紊动特性以及对光滑床面和粗糙床面明渠水流结构差异探讨，本文研究所采用的技术路线见图 1.3。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV133

【参考文献】

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本文编号：2675234