试验水槽水流紊动特性分析.doc

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1、矩形水槽水流紊动特性分析1观测概况实验采用超声多普勒流速仪(MicroADV)在玻璃水槽屮进行三维流速观测。水槽长12叭宽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,测验段长约肮。观测垂线均布置在水槽的屮轴线上，试验观测垂线布置见图1。各测次水流紊动观测概况见表U每组观测数据包括测点水深力、纵向流速仏、横向流速你、垂向流速佟等。采样吋间间隔&为0.02s。根据流速仪的性能，采集到的数据不

2、是瞬时值，而是4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)20.320.320.320.3观测时间间隔(S)0.020.020.020.02观测历时(s)300300300300水深(m)0.2550.2550.3150.315摩阻流速Cm/s)0.049990.049990.055560.055563水流紊动特性分析3.1水流紊动的准周期性图2曲-2垂线约0.76相对水深测点流速随时间过程线網2A2垂线约0.73相对水深测点流速随时间过穆线各测点流速脉动过程观测资料表明，各测点流速的脉动过程

3、线基本类似，并具有大小不同的准周期。见图2、图3o图2的纵向平均流速0.201m/s吋，纵向流速0.282m/5和0.115m/5出现的吋间间隔分别约为0.3〜3s和0.5〜5s。对于确定的测点，长历吋观测的平均流速值出现的吋间间隔最短，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。3.2脉动流速的概率分布将垂线丄各点测取的仏、化、©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。图屮Y=y/h为相对水深；y为垂线丄的测点水深，从河底算起；力为垂线水深。理论止态概率密度函数计算式

4、为：（”-忆）2=£2比J2/Z7T”(1)式屮：/（«）为瞬时流速弘的概率密度函数；汗为瞬时流速"的时均值；碍为瞬时流速"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'PY>O.16的测点）相对比较接近，而在近壁强剪切紊流区则相对偏离较大。3d$-0.I00.I0.20.30.40.50.60.7mtliu(«/s)图11A2垂线沿水深纵向流速经验槪率分布与理论槪率分布对上0.79理论視昶曲绘0.793概率曲找0・38理论概率曲綾0・38经於槪率曲线0.16理论概率曲找0.16经於槪率曲线0.009»

5、论橄率曲线0.009经验槪率曲线YYYYYYYY二三二+0.05-U76经脸IK率曲娩-©-V0迩川论機韦曲娩-t-vO.Sl^.•｝；•«»曲域Y-Y二0.51用论慢率曲线T-Y0.22紆於機率曲线-A-Y0.22H*论陋率曲线一•一'•0.002经©概率曲线Y-、’0D0》匸冷槪宅曲经00.15♦—AHM4>0.20.25汰苯u5/s)N5242垂线沿水深横向流連经輪做盘分布与埋论稅本分布対比3.3时均流速沿垂线分布吋均流速沿垂线分布如图6、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

6、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而，血是岀现在水而以下，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：/、加仏=~厂(1+小7(2)丿式屮：叭为垂线丄和应于水深为)，的点的吋均流速；%,为垂线平均流速；力为垂线水深；加为系数，一般取加=1/7。对数流速分布公式为：^=5.75-log(3°'2vZ)(3)叭K$式屮：划为摩阻流速；K,为糙率尺度值，一-般取为床沙级配曲线中的％;力为校正值，是Ks!8的函数，》为层流层的厚度。横向流速纵向流速3—实

7、测值―实测值十实测位亠指数公式irtnYiO扌斤教公式1It?f

8、*

9、弭垂向流速1/1/¥yJflAX.ZxH-JffILLTL指数公式计算伯——对数公式汁篩值/}Kt11Q110.80.70.60.50.10.30.20.1-0.0500.050.10.150.20.250.30.流速u(m/s)8765432o.aaao.aa-Ncm图61#-2垂线实测时均流速与指数、对数公式计算值的对比0.I035-0.0500.050.I0.150.20.250.3流速u(m/s)图72皆2垂线实测时均流速与指数.对数公式计算值的对比3.4水流紊动强度脉动流速的均方根为水

10、流紊动强度