【摘要】：紊流中充滿(mǎn)了不同類(lèi)型和尺度的相干結(jié)構(gòu),控制著紊動(dòng)的生成、傳輸和耗散等過(guò)程。紊動(dòng)水流攜帶河床底部泥沙沿流向輸移形成推移質(zhì)運(yùn)動(dòng),同時(shí)紊流中的相干結(jié)構(gòu)與推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)具有密切的關(guān)系,研究紊流相干結(jié)構(gòu)與泥沙運(yùn)動(dòng)之間相互作用規(guī)律,對(duì)流體力學(xué)和泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)均具有重要意義。紊流相干結(jié)構(gòu)是一種隨機(jī)、復(fù)雜的過(guò)程,不同相干結(jié)構(gòu)并非是獨(dú)立存在,而是相互影響的,目前對(duì)此問(wèn)題仍有爭(zhēng)議,需進(jìn)一步研究。此外,傳統(tǒng)的推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)研究主要通過(guò)觀測(cè)資料擬合推移質(zhì)輸沙率公式,對(duì)推移質(zhì)輸移與紊流相干結(jié)構(gòu)之間相互作用機(jī)理的研究較少。本文研究的主要目的:加深對(duì)紊流相干結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí),分析紊流相干結(jié)構(gòu)與推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的相互作用機(jī)理,主要成果歸納如下:(1)采用無(wú)干涉的二維PIV系統(tǒng),定量研究了插入式流速儀探頭對(duì)其前方和展向流場(chǎng)的影響,建立了影響范圍與模型直徑之間的關(guān)系,為相關(guān)儀器設(shè)計(jì)及繞流研究提供參考依據(jù)。(2)對(duì)全水深范圍內(nèi)高低速條帶結(jié)構(gòu)特征尺度進(jìn)行試驗(yàn)和分析計(jì)算,發(fā)現(xiàn)紊流條帶結(jié)構(gòu)從內(nèi)區(qū)到外區(qū)的發(fā)育是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程;探明了全水深范圍明渠和槽道流條帶結(jié)構(gòu)特征尺度、PDF和面積百分比沿整個(gè)水深的分布規(guī)律;此外,從條帶結(jié)構(gòu)形成、發(fā)展及分布規(guī)律,論證了與之密切相關(guān)的附粘渦、流向渦和發(fā)夾渦結(jié)構(gòu)等相干結(jié)構(gòu)模型的合理性。(3)在紊流相干結(jié)構(gòu)作用下,稀疏沙沿流向運(yùn)動(dòng)可形成條帶狀結(jié)構(gòu),其條帶寬度在水槽中線處最大,從中線到水槽邊壁逐漸變小,基本呈左右對(duì)稱(chēng)分布;稀疏沙運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的條帶結(jié)構(gòu),可通過(guò)流向渦模型進(jìn)行解釋,即相鄰流向渦的反向旋轉(zhuǎn)形成了稀疏沙運(yùn)動(dòng)的條帶結(jié)構(gòu);稀疏沙在床面沿水槽橫向上的平均分布曲線較光滑,表明沙條帶運(yùn)動(dòng)位置的隨機(jī)性,反應(yīng)較細(xì)稀疏沙對(duì)水流跟隨性較好,隨紊流的隨機(jī)脈動(dòng)在床面搖擺前行,對(duì)紊流結(jié)構(gòu)影響較小。(4)紊流相干結(jié)構(gòu)的存在,導(dǎo)致推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)并不是一種平均化的過(guò)程;將推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)概率分布圖和推移質(zhì)床面三維重構(gòu)坐標(biāo)對(duì)比后,發(fā)現(xiàn)輸沙率較高區(qū)域?yàn)榇裁姘疾?輸沙率較低區(qū)域?yàn)榇裁嫱共?由于推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)形成的凹凸槽相間的床面形態(tài),改變了原有的紊流相干結(jié)構(gòu),形成了穩(wěn)定位置的類(lèi)似二次流的流向渦結(jié)構(gòu)。
【圖文】：

(a)畢托管 (b)電磁流速儀 (c)熱線風(fēng)速儀 (d) ADV圖 1.1 插入式流速測(cè)量設(shè)備插入式流速儀進(jìn)行測(cè)量工作時(shí)，在流體中將形成類(lèi)似鈍錐形狀的繞流，因可通過(guò)對(duì)繞流流場(chǎng)特性進(jìn)行分析，確定探頭對(duì)流場(chǎng)的干擾范圍。早在196Baines(1963)測(cè)試風(fēng)洞中不同鈍體模型繞流流場(chǎng)，得到周?chē)鷫毫土骶�的分布，，

PIV系統(tǒng)計(jì)算原理(陳啟剛,2014)
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TV142.2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

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本文編號(hào)：2617728