閘壩下游水流基本特性研究.pdf

1、紊流運(yùn)動(dòng)是自然界中普遍存在的流動(dòng)狀態(tài)，許多工程中的流體力學(xué)問題需要用紊流理論進(jìn)行求解。由于水流紊動(dòng)機(jī)理的復(fù)雜性，目前人們對(duì)于其運(yùn)動(dòng)規(guī)律并沒有完全了解和掌握。為了進(jìn)一步揭示水流紊動(dòng)機(jī)理，本文通過模型試驗(yàn)，利用多普勒流速儀研究了閘壩下游沖刷坑水流的水力特性以及水流與泥沙的作用規(guī)律，得到以下結(jié)論:
　　(1)采用多普勒流速儀，分別進(jìn)行了3個(gè)沖刷坑形態(tài)、3個(gè)流量9個(gè)工況的清水觀測試驗(yàn)，每個(gè)工況分別采集了5個(gè)斷面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過對(duì)湍流瞬時(shí)物

2、理量進(jìn)行分析計(jì)算，得到其對(duì)應(yīng)的平均值和瞬時(shí)值，并計(jì)算出表征湍流特性的特征量，如湍流強(qiáng)度、湍流動(dòng)能、雷諾切應(yīng)力、流速分量的概率密度函數(shù)、偏斜因子、平坦因子等。
　　(2)各工況下水流時(shí)均流速的垂線分布基本類似，縱向時(shí)均流速隨著水深的增加而增大，在靠近床面附近達(dá)到最大。在各斷面上，紊動(dòng)強(qiáng)度沿橫向變化不大;在縱向和垂向上，沿水深先增大后減小;在接近床面時(shí)，紊動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到最大，然后迅速減小?？v向雷諾切應(yīng)力沿水深先增大后減小，沿程分布逐漸減小

3、。湍流動(dòng)能沿水深分布的總體趨勢是先增大后減小。流速概率密度分布類似正態(tài)分布。隨著水深的增加，縱向和垂向脈動(dòng)流速的概率密度分布偏離正態(tài)分布?？v向和垂向流速偏斜因子隨著水深增加逐漸遠(yuǎn)離零值。在靠近床面的位置，流速平坦因子數(shù)值較其他位置顯著增高。
　　(3)采用多普勒流速儀，分別對(duì)沿程13個(gè)斷面的有機(jī)玻璃水槽中含沙水流試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。將采集的湍流瞬時(shí)物理量進(jìn)行分離處理，得到相應(yīng)的時(shí)均值和脈動(dòng)值，計(jì)算了紊動(dòng)強(qiáng)度、湍流動(dòng)能、雷諾切應(yīng)力、

4、流速分量的頻率密度函數(shù)、流速分離的概率密度函數(shù)、偏斜因子、平坦因子等湍流特征量。
　　(4)隨著泥沙濃度的增加，橫向、縱向及垂向脈動(dòng)強(qiáng)度均逐漸減小;對(duì)于相同濃度的含沙水流，顆粒粒徑越小，脈動(dòng)強(qiáng)度越小。湍動(dòng)能、縱向雷諾切應(yīng)力也有類似的分布規(guī)律。清水及含沙水流的流速概率密度分布類似正態(tài)分布。在近壁區(qū)，含沙水流的傾斜因子比清水更接近于0，其平坦因子與清水相比較，數(shù)值較小，進(jìn)入主流區(qū)平坦因子增大。水流能量集中在低頻區(qū)，在靠近床面的區(qū)域，橫