圆形断面管道非满流水动力特性

发布时间：2021-11-20 08:30

　　为探究边壁双曲率对其水动力特性的影响,应用RNG k-ε紊流模型和部分面积体积障碍模拟技术（FAVOR）,针对圆管非满流建立三维数值模型,通过物理模型试验结果验证该数值模型的可行性。针对底坡和充满度不同组合条件进行数值试验,分析断面流速、壁面切应力和雷诺切应力分布规律等。研究结果表明:圆管非满流断面上不同垂线的流速分布具有较好的相似性,据此提出了垂线流速分布的抛物线公式;针对不同充满度条件提出了壁面切应力沿湿周分布的统一表达式;雷诺切应力沿垂线服从线性分布规律,充满度越大且距中垂线越远,沿垂线的变化梯度越小;当充满度大于0.5时,由于受二次流影响断面中垂线上雷诺切应力出现负值。 

【文章来源】：水科学进展. 2020,31(04)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

试验布置

图2为i=0.004、不同充满度条件的断面中垂线流速分布廓线,可见圆管非满流的垂线流速分布曲线对过流断面形式非常敏感,充满度越大,流速沿水深越呈非单调变化趋势,即dip现象越明显。图3为i=0.004、α=0.7条件下,不同横向位置处垂线上的流速分布,由图2可见,不同横向位置处的垂线流速分布形式亦存在差异,尤其是靠近边壁区域的垂线。图3 不同横向位置处的垂线流速分布

图2 不同充满度条件下的中垂线流速分布时均纵向流速沿中垂线呈左右对称分布,因此只需分析中垂线右侧即x>0的情形。根据系数a、b、c在不同的流动区域受充满度和垂线横向位置的影响不同,将过流断面沿横向划分为中心区和边壁区,其中:① 当α<0.5时, x≤2B/5为中心区, x>2B/5为边壁区(B为水面宽度,m);② 当α≥0.5时, x≤D/3为中心区, x>D/3为边壁区。方差分析结果表明,中心区的系数a、b、c与横向位置x和充满度α均呈线性相关关系,而边壁区的系数a、b、c则主要受横向位置x的影响,而与充满度α基本无关。通过回归分析,得到不同流动分区待定系数a、b、c与充满度α和垂线横向位置x之间的表达式,如表3所示,其适用条件为:0.10≤α≤0.95,0.001 2 m3/s≤Q≤0.527 m3/s。

【参考文献】：
期刊论文
[1]梯形喉口无喉道量水槽水力性能分析[J]. 冉聃颉,王文娥,胡笑涛,史利洁.  水科学进展. 2018(02)
[2]南水北调中线工程典型倒虹吸进口上游垂向流速分布[J]. 付辉,郭新蕾,杨开林,郭永鑫,王涛.  水科学进展. 2017(06)
[3]明渠紊流中涡结构的运动规律[J]. 陈启刚,钟强.  水科学进展. 2017(04)
[4]明渠收缩过渡段流速分布及紊动特性试验[J]. 吴永妍,陈永灿,刘昭伟.  水科学进展. 2017(03)
[5]二分之五次方抛物线形明渠设计及提高水力特性效果[J]. 韩延成,徐征和,高学平,Said M.Easa.  农业工程学报. 2017(04)
[6]明渠均匀流Q结构分布及运动特性[J]. 杨胜发,张鹏,胡江,李文杰,陈阳.  水科学进展. 2016(03)
[7]明渠湍流涡运动尺度分布特性[J]. 张鹏,杨胜发,胡江,陈阳,幸韵.  水科学进展. 2015(01)
[8]圆形断面管道非满流流速计算表达式[J]. 茅泽育,赵璇,罗昇.  水科学进展. 2007(02)



本文编号：3506953