含刚性植物明渠水流结构PIV试验研究

发布时间：2020-08-28 11:40

　　 水生植物是河流的重要组成部分,可以改善河流生态,保护河床稳定,但也改变了水流结构。本文在实验室水槽中采用有机玻璃棒模拟刚性植物,用粒子图像流速仪(PIV)测量流速,研究含刚性植物明渠的水流结构。主要研究时均流速、紊动强度、雷诺应力三项基本流动特性在不同植物密度,不同淹没度情况下的变化规律。主要研究内容如下:(1)其他条件相同,植物密度不同时,上述三项流动特性发生变化。密度越大,植物阻水能力越强,植物内部流速越小,但在植物上部,流速逐渐增大,并在距离水面一段距离处超过密度较小时的流速;紊动强度最大值出现在植物顶端位置附近,植物密度大时的紊动强度自一半植物高度处至水面范围内大于密度小时情况,槽底至植物高度一半处表现不明显;雷诺应力在一半植物高度处至水面也随着植物密度的增大而增大,在槽底至一半植物高度处雷诺应力接近于0。(2)其他条件相同,淹没度不同时,三项流动特性也随之变化。淹没度越小,距离槽底相同高度处流速越大;紊动强度最大值随着淹没度的减小而增大,但在植物上部紊动强度逐渐减小至小于淹没度较大时的情况;雷诺应力的变化规律和紊动强度类似。植物为非淹没状态时,植物间流速增大,紊动强度也明显大于无植物时的情况,雷诺应力很小,与无植物情况比较变化不大。(3)对比不同植物密度、不同淹没度、不同断面平均流速情况下的植物上部流速分布形态,得出植物密度、淹没度、断面平均流速对植物上部流速分布形态的影响规律。选择了几种有代表性的工况与三种流速分布经验公式作对比,发现单一的对数分布并不能完全满足植物上部流速分布的表达,只对于流速分布没有明显转折的情况吻合较好,对于流速分布有明显转折的情况,从转折处至水面公式计算值和实测值相差较大,分布形态有明显不同。本文研究成果对含植物明渠水流结构研究具有一定的参考意义。
【学位单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV133
【部分图文】：

图１－１光滑明渠与含植物明渠明渠流速分布示意图逡逑槐文信［４２］用朽NB分别研宄了含淹没植物和非淹没植物顺水流方向流速的垂向分布特逡逑性，根据试验结果，得出含淹没植物植物时流速分布呈如图１－１所示的形式，而非淹没植逡逑物的分布特点为槽底与水面流速小，中间流速大。闫静［４３］认为含非淹没植物的均匀明渠逡逑流动，根据时均流速分布特点和质量守恒，时均流速可以写为流量，过水断面及植物分逡逑布密度的函数。张英豪［４４］研宄了苦草对水流结构的影响，分析了时均流速在垂向的分布逡逑情况，认为植物的阻流面积影响着时均流速的分布。逡逑１．２．３含植物明渠紊动强度分布研究逡逑紊动强度反应出水流脉动幅度的大小。研究表明，光滑明渠的紊动强度在床面达到最逡逑大值，向水面逐渐递减，符合指数分布。而含植物明渠水流的紊动强度在植物层顶端位逡逑置附近达到最大值，向床面和水面递减，如图１－２所示。最大值出现的准确位置尚无定论，逡逑其受到的影响因素众多。逡逑%藉邋

本文编号：2807535