發(fā)布時(shí)間：2021-01-25 02:59

　　自然界及工程實(shí)際中的明渠床面均有不同形式與不同尺度的粗糙度,如細(xì)沙床面、卵石河床、植被河床等。對其流場特性（時(shí)均流速、時(shí)均壓強(qiáng)、雷諾應(yīng)力、紊動能等）與總流特性（斷面平均流速、過流能力、總流能量損失等）的研究均有重要意義。在以往的研究中,流場描述和總流描述之間沒有建立統(tǒng)一的關(guān)系;同時(shí),不同粗糙尺度條件下的流動特性有明顯區(qū)別,需要采用不同的描述方法對其流場及總流特征量進(jìn)行研究。本文通過理論分析、數(shù)值模擬和水槽實(shí)驗(yàn)的方式對三種尺度條件下的明渠流進(jìn)行了研究,得到如下成果:1)從粘性不可壓縮流體運(yùn)動的理論出發(fā),分別構(gòu)建了層、紊流狀態(tài)下恒定均勻明渠流的總流積分模式,導(dǎo)出了新的總流能量方程,并給出了總流能量損失及糙率系數(shù)與流場特征量（時(shí)均流速、雷諾應(yīng)力等）之間的顯式關(guān)系式。并從機(jī)制上將總流能量損失細(xì)分為分子粘性耗散及維持紊動兩部分。2)分別對層、紊流條件下的小尺度粗糙壁面的明渠流流場及總流特性進(jìn)行了研究。從明渠層流的運(yùn)動方程出發(fā),通過理論分析得到了矩形斷面明渠層流流場及總流能量損失的解析解,成果表明,流速分布和總流能量損失系數(shù)均是斷面寬深比和雷諾數(shù)的函數(shù),且隨寬深比的增加而趨于不變。采用紊流模型對壁... 

【文章來源】：武漢大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：138 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２幾種典型粗糙尺度條件下的縱向流速剖面，Ａ為垂向距離，Ｗ１為縱向時(shí)??

Ｓａｎｊｏｕ，?２０１１；吳福生，２００９）。??與前面討論的粗糙床面流動相比，植被河床邊界要更加復(fù)雜。典型的植被河??道如圖１．４所示，在河道尺度上，植被是成片狀分布在河道中，由于植被對水流??的阻擋作用，水流區(qū)與植被區(qū)的流場特性有所不同，相互之間的動量交換使得河??道的總流特性有一定變化，表現(xiàn)為總流能量損失與河道的糙率系數(shù)明顯增加。在??前面兩小節(jié)的一系列公式中，描述粗糙元的尺度時(shí)，僅需采用其粒徑相關(guān)參數(shù)（如??當(dāng)量粗糙度，Ａ，和典型級配粒徑，乃８４等）作為長度尺度，而植被的特性則復(fù)??雜得多，其主要表現(xiàn)為多尺度特性。具體來講，在沿水流方向一定長度，且包含??整個(gè)河道橫斷面這一區(qū)域尺度上，植被特性主要為其片區(qū)分布特征、占據(jù)河道的??阻水率；而在單個(gè)植被片區(qū)內(nèi)（定義為局域尺度），植被特性則包括莖桿的分布，??植被莖桿高度、直徑

Ｓａｎｊｏｕ，?２０１１；吳福生，２００９）。??與前面討論的粗糙床面流動相比，植被河床邊界要更加復(fù)雜。典型的植被河??道如圖１．４所示，在河道尺度上，植被是成片狀分布在河道中，由于植被對水流??的阻擋作用，水流區(qū)與植被區(qū)的流場特性有所不同，相互之間的動量交換使得河??道的總流特性有一定變化，表現(xiàn)為總流能量損失與河道的糙率系數(shù)明顯增加。在??前面兩小節(jié)的一系列公式中，描述粗糙元的尺度時(shí)，僅需采用其粒徑相關(guān)參數(shù)（如??當(dāng)量粗糙度，Ａ，和典型級配粒徑，乃８４等）作為長度尺度，而植被的特性則復(fù)??雜得多，其主要表現(xiàn)為多尺度特性。具體來講，在沿水流方向一定長度，且包含??整個(gè)河道橫斷面這一區(qū)域尺度上，植被特性主要為其片區(qū)分布特征、占據(jù)河道的??阻水率；而在單個(gè)植被片區(qū)內(nèi)（定義為局域尺度），植被特性則包括莖桿的分布，??植被莖桿高度、直徑

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Theoretical analysis and numerical simulation of mechanical energy loss and wall resistance of steady open channel flow[J]. 劉士和,薛嬌.  Journal of Hydrodynamics. 2016(03)
[2]卵石河床中底棲動物垂向分布特征及影響因素[J]. 徐夢珍,王兆印,潘保柱,趙娜.  清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2014(08)
[3]南水北調(diào)中線工程總干渠糙率綜合論證[J]. 王光謙,黃躍飛,魏加華,吳保生.  南水北調(diào)與水利科技. 2006(01)
[4]混凝土渠道糙率調(diào)研綜述[J]. 曾祥,黃國兵,段文剛.  長江科學(xué)院院報(bào). 1999(06)
[5]邊壁加糙對切變湍流相干結(jié)構(gòu)的作用[J]. 梁在潮,劉士和.  水動力學(xué)研究與進(jìn)展. 1987(02)
[6]明渠和管道中紊流各流區(qū)的統(tǒng)一規(guī)律[J]. 竇國仁.  水利水運(yùn)科學(xué)研究. 1980(01)

博士論文
[1]含植物明渠水動力特性研究[D]. 吳福生.南京水利科學(xué)研究院 2009



本文編號：2998426