出渗对明渠水流特性及单颗粒局部水流结构影响研究

发布时间：2017-06-07 23:07

  本文关键词：出渗对明渠水流特性及单颗粒局部水流结构影响研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文通过开展出渗水流对明渠流及颗粒周边水流结构影响的物理实验研究,初步了解出渗水流对明渠流水流特性影响的基本规律及如何影响单颗粒周边水流结构基本原理。研究成果可进一步充实对渗流作用下的明渠水流结构机理的认识及从微观层面揭示渗流对泥沙起动影响的内在机理,并为渗流引起的冲淤问题提供水动力学理论依据,同时为今后整治河道及岸滩冲刷等实际工程应用提供一定的理论参考。首先采用剖面流速仪对渗流区内水流特性进行测量,运用雷诺应力法与平均流速法求得摩阻流速u*,通过实测数据验证两种方法都能得出可靠的摩阻流速u*。通过分析渗流区内水流结构,得出了不同渗流情况下,出渗对水流流速分布、紊动强度及切应力的影响;同一渗流情况下,出渗对渗流区内水流特性沿程的影响。同时,导出了出渗作用下水流垂线流速分布公式,并得到了实测数据的验证。对床面切应力及粗糙度进行进一步分析,得出了出渗对床面粗糙度的影响。采用剖面流速仪与PIV测量系统对同一流场进行测量,并将测得值进行对比验证,结果拟合较好。为探究出渗对单颗粒局部水流结构的影响,考虑不同出渗条件,采用图像粒子测速仪(PIV),开展出渗作用下单颗粒周边水流结构进行概化模型试验研究。通过分析颗粒周边水流结构,得出了不同渗流情况下,出渗对颗粒周边水流结构的影响。对PIV流场进行时均化处理,深入分析颗粒周边流速分布、紊动强度及涡量等特性,从微观层面上了解出渗是如何影响颗粒起动。
【关键词】：出渗 水流结构 泥沙起动 颗粒 PIV 剖面流速仪
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV133
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 论文研究的背景、目的及意义9-11
• 1.2 渗流对明渠水流影响研究综述11-16
• 1.2.1 渗流对断面流速的影响11-12
• 1.2.2 渗流对紊动特性的影响12-13
• 1.2.3 渗流对切应力的影响13-15
• 1.2.4 渗流对床面稳定性的影响15-16
• 1.3 单颗粒周边水流结构研究综述16-17
• 1.4 论文的主要工作17-18
• 1.4.1 研究思路与方法17
• 1.4.2 研究内容17-18
• 1.5 论文的创新点18-19
• 第二章 试验设备及试验条件19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 仪器设备19-26
• 2.2.1 水槽19-21
• 2.2.2 剖面流速仪21-24
• 2.2.3 PIV测速系统24-26
• 2.3 试验方案设计26-29
• 2.3.1 试验126-28
• 2.3.2 试验228-29
• 2.4 数据可靠性论证29-32
• 2.4.1 仪器可靠性验证29-30
• 2.4.2 水流稳定性验证30-31
• 2.4.3 样本容量确定31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 出渗对明渠水流结构影响33-59
• 3.1 引言33
• 3.2 出渗对水流结构的影响33-52
• 3.2.1 摩阻流速33-36
• 3.2.2 渗流对流速的影响36-41
• 3.2.3 渗流对紊动强度的影响41-46
• 3.2.4 渗流对雷诺应力的影响46-50
• 3.2.5 渗流对床面切应力的影响50-52
• 3.3 流速公式52-58
• 3.3.1 垂线流速分布公式52-55
• 3.3.2 u~*沿程变化55-56
• 3.3.3 出渗对B值的影响56-58
• 3.4 本章小结58-59
• 第四章 出渗对单颗粒周边水流结构的影响59-71
• 4.1 引言59
• 4.2 出渗对颗粒周边水流结构影响59-69
• 4.2.1 出渗对流速的影响61-65
• 4.2.2 出渗对紊动强度的影响65-68
• 4.2.3 出渗对涡量的影响68-69
• 4.3 本章小结69-71
• 第五章 结论与展望71-75
• 5.1 结论71-72
• 5.2 展望72-75
• 参考文献75-81
• 致谢81-83
• 附录A83-85
• 附录B85

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