【摘要】：大尺度粗糙床面明渠水流在天然山區(qū)河流和河工模型試驗中很常見,該水流的流速分布、紊動結(jié)構(gòu)和阻力系數(shù)均異于小尺度粗糙床面明渠水流,大尺度粗糙床面水流特性研究對于山區(qū)河流開發(fā)與河工模型研究具有重要意義,但目前相關(guān)研究仍較薄弱,還有待深入,為此,本文通過水槽試驗研究大尺度粗糙條件下顆粒形狀、排列間距對明渠水流結(jié)構(gòu)的影響以及梅花形加糙床面排列密度對明渠水流結(jié)構(gòu)與阻力特性的影響,主要研究成果如下:(1)應(yīng)用橢圓閾值法對基于多普勒效應(yīng)測量的流速信號進行毛刺處理,采用db3小波閾值消噪法消除高頻噪音,得到了高質(zhì)量的流速數(shù)據(jù)。(2)各種形狀的單顆粒周圍水面均會形成開口向下的U形繞流波動�？v向流速平面分布在正方體和四面體周圍呈橢圓形,在球體周圍呈開口向上游的鐘形。流速較小時,縱向平均流速在各垂線均呈線性分布;流速較大時,正方體顆粒下游縱向平均流速垂線分布先呈S形后呈線性分布,球體和四面體顆粒下游均呈線性分布,且3種形狀下,越向下游,垂線上縱向流速分布越均勻。在低速情況下,正方體顆粒周圍紊動強度垂線分布比較均勻,球體和四面體顆粒周圍紊動強度從水面到槽底逐漸增大;流速較大時,紊動強度垂線均分布較為均勻。(3)橫排雙顆粒隨著間距的增大,周圍水面繞流波動形狀會由1個U形變?yōu)?個U形,中垂面縱向流速垂線分布由線性分布變?yōu)榫鶆蚍植?且中垂面紊動強度變小;橫排間距對縱向流速平面分布的影響在顆粒頂部以上時要比在顆粒頂部以下時大。(4)縱排雙顆粒會在上部顆粒下游沿程形成多個水面起伏的U形波動;縱排間距對雙顆粒上下游縱向流速垂線分布和紊動強度影響較小,縱排間距的增大會減弱顆粒間的紊動強度。(5)梅花形加糙床面排列密度的增大會減弱水面波狀起伏的波幅;縱向流速的縱向梯度與Fr正相關(guān)與散粒體排列密度負相關(guān);縱向流速垂線分布為線性分布;紊動強度和紊動切應(yīng)力在顆粒頂部以上區(qū)域服從線性分布,3個方向脈動流速的均方根比較接近。(6)基于本文水流阻力試驗資料,修正了Stefano Pagliara公式,得到新的大尺度粗糙床面水流阻力系數(shù)計算公式。
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TV133
【圖文】：

圖 1.1 典型大尺度粗糙床面因此，研究大尺度粗糙床面明渠水流結(jié)構(gòu)及阻力特性很重要。清楚得了解到大尺度粗糙床面明渠水流結(jié)構(gòu)和阻力特性，就可以更好得判斷河道當(dāng)中大尺度粗糙元素對周圍的水流的影響，為航道整治工程提供幫助；同時，在了解到大尺度粗糙元素與水流的相互作用時，可以更好地在河工模型當(dāng)中選擇合適的加糙物的尺寸及加糙方式。目前，國內(nèi)外對大尺度粗糙下的微觀水流特性研究較少，且研究多集中于宏觀角度，如 Moss[2]對考慮大尺度顆粒遮蔽度的輸沙率的研究；Kim[3]對無粘性泥石流集群的研究；Carling[4]對卵石河床上的波狀起伏現(xiàn)象的研究；Thomas 和 Roy[5]就卵石集群對紊流結(jié)構(gòu)影響的研究等，這些都是從大尺度散粒體集群對水流的影響進行研究，而從單顆散粒體角度對大尺度粗糙床面明渠水流結(jié)構(gòu)及阻力特性的研究很少。因此，本文要從單顆粒的角度，研究在大尺度粗糙的條件下，不同形狀的散粒體對周圍水流結(jié)構(gòu)的影響，不同橫排間距和縱排間距對水流結(jié)構(gòu)的影響，不同

圖 1.2 粗糙元素各水深幾何關(guān)系，針對大尺度粗糙的流速分布研究較少，中小尺度粗糙床面的流速一些研究。在粗糙床面，由于粗糙元素的影響，在斷面上有很強的近床底處垂向流速梯度較光滑床底的流速梯度要大[12]。加糙區(qū)垂向復(fù)雜且隨水深的增大而增大，高階流速分量需要更長的時間來調(diào)整的流速呈對數(shù)分布，對于均勻流，垂線流速分布可用一個對數(shù)分布T 0*2.3log Buy yu Δ+= +κ向流速（m/s）；摩阻流速（m/s）；門常數(shù)，一般取κ=0.4；從粗糙頂部到測點的距離(m)；

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 楊斌,楊勝發(fā);大比降卵石河床水流運動試驗研究[J];水動力學(xué)研究與進展(A輯);2005年02期

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6 王晉軍;大尺度粗糙水流特性初探[J];水利學(xué)報;1993年01期

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本文編號：2722652