试验水槽水流紊动特性分析.doc

1观测概况实验采用超声多普勒流速仪(MicroADV)在玻璃水槽中进行三维流速观测。水槽长12m、宽50cm、深50cm,最大供水流量40,水槽两侧壁为有机玻璃,在一侧壁开一标准三角堰形出水通道。水槽底部为光滑水泥抹面。水槽底坡固定。通过设在水槽进口的导叶及平水栅和尾门处的平板闸门来实现对流态的控制。试验段长约6m,测验段长约3m。观测垂线均布置在水槽的中轴线上,试验观测垂线布置见图1。各测次水流紊动观测概况见表1。每组观测数据包括测点水深、纵向流速、横向流速、垂向流速等。。根据流速仪的性能,采集到的数据不是瞬时值,而是范围内多次采样的平均值。表1水槽紊动观测试验水力因子概况表观测测次编号1#-12#-11#-22#-2水温(°C)(s)(s)300300300300水深(m)(m/s),各测点流速的脉动过程线基本类似,并具有大小不同的准周期。见图2、图3。,~~5s。对于确定的测点,长历时观测的平均流速值出现的时间间隔最短,在平均流速值上增加或减少同样数值的流速出现的时间间隔都同样增大,且增大幅度接近。、、分别进行概率统计,求出各流速区间内流速出现的频率,点绘经验概率曲线和理论正态概率曲线,见图4、图5。图中为相对水深;为垂线上的测点水深,从河底算起;为垂线水深。理论正态概率密度函数计算式为:(1)式中:为瞬时流速的概率密度函数;为瞬时流速的时均值;为瞬时流速的均方差。从图4、图5可以看出,由实测资料统计的流速概率分布与理论正态计算的概率分布相比,在自由紊流区(图中Y>)相对比较接近,而在近壁强剪切紊流区则相对偏离较大。、7所示。可以看出,横向、垂向流速值很小,沿垂线分布很均匀,可近似用指数流速分布公式描述,因水槽有侧向出流,横向流速与垂向流速相比略小;纵向流速值最大,沿垂线分布不均匀,垂线上最大流速值不在水面,而是出现在水面以下,实测流速值与指数流速分布公式、对数流速分布公式计算值均存在一定差别,与对数流速分布公式计算值的差别相对较大。指数流速分布公式为:(2)式中:为垂线上相应于水深为的点的时均流速;为垂线平均流速;为垂线水深;为系数,一般取。对数流速分布公式为:(3)式中:为摩阻流速;为糙率尺度值,一般取为床沙级配曲线中的;为校正值,是的函数,为层流层的厚度。,即。紊动强度与相应时均流速的比值为紊流的相对紊动强度,即。图8、图10分别为1#-2、2#-2垂线紊动强度沿垂线分布,图9、图11分别为1#-2、2#-2垂线相对紊动强度沿垂线分布。可以看出,纵向紊动强度最大,沿垂线最大值出现在近底区,向上、向下强度均减小,近底区紊动强度随水深变化梯度最大,,紊流强度近似为线性变化;横向紊动强度沿垂线