受竖直旋涡影响下细沙的受力及起动分析.pdf

受竖直旋涡影响下细沙的受力及起动分析.pdf

ID:51414991

大小:243.42 KB

页数:5页

时间:2020-03-23

受竖直旋涡影响下细沙的受力及起动分析.pdf_第1页
受竖直旋涡影响下细沙的受力及起动分析.pdf_第2页
受竖直旋涡影响下细沙的受力及起动分析.pdf_第3页
受竖直旋涡影响下细沙的受力及起动分析.pdf_第4页
受竖直旋涡影响下细沙的受力及起动分析.pdf_第5页
资源描述:

《受竖直旋涡影响下细沙的受力及起动分析.pdf》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库

1、泥沙研究2013年8月JournalofSedimentResearch第4期受竖直旋涡影响下细沙的受力及起动分析吴国茂,杨胜发,幸韵,许旭(1.重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心,重庆4000742.重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室,重庆400074)摘要:丁坝的研究一直是河流整治研究的重要问题。由于丁坝的水流分离现象,在丁坝下游产生旋涡,而这种旋涡不断流向回流区,其水流极其复杂。本文通过简化旋涡的内部结构来进行分析,得到涡内部的压强分布从外到里减小,在中心处最小。利用压力差和隐蔽度对

2、泥沙进行受力分析,得出了泥沙上举力和涡轴力受力分布,并对上举力和涡轴力进行比较,得出离涡心越近,上举力与涡轴力的比值越大,最后在此基础上得出泥沙的起动流速公式,分析得到泥沙离涡心越近所需的起动流速越小。关键词:竖直旋涡;隐蔽度;上举力;涡轴力;起动流速中图分类号:TV142.1文献标识码:A文章编号:0468—155X(2013)04-0008—051引言丁坝的水流泥沙分析是河流整治研究的重要问题,目前对丁坝坝头及回流区研究甚多。丁坝的存在,使坝头处断面收缩,流速增加,而丁坝下游断面忽然变宽,但主流惯性的

3、作用下仍保持原来方向,产生强力剪切和边界层的分离,便在坝后形成回流区⋯;彭静应用可视化的油膜技术,形象地观察到了主旋涡及振荡回流区;在坝头处形成同时向下游传播的马蹄形涡,随着ADV、PIV等先进仪器的应用,利用三维流场分布来对丁坝进行分析,曹艳敏等利用ADV对丁坝附近进行了三维流场分析,发现引起下游紊动变强的根源是丁坝产生的旋涡、尾涡;陈稚聪等利用3D-PDA对丁坝进行区域划分,得到回流区的流速流量沿纵向的变化规律;Duan等。。利用ADV结合发夹涡的理论对丁坝附近的泥沙进行研究。从文献中了解到,下游水流

4、的最终根源来源坝头,坝头产生的马蹄形涡及水流分离产生的尾涡,加强了水的紊动,同时也加强了对床面的冲刷作用。但大量的研究只限于水流结构、水流的紊动及丁坝冲刷坑等研究,而基于产生的旋涡对泥沙运动情况的研究很少见。本文通过竖直旋涡对细沙的作用进行详细的受力及起动分析,使对丁坝的冲刷现象有更深入、全面的理解。2竖直旋涡的产生及结构分析由于丁坝坝头的作用,产生水流分离现象,使水流在主流区流速向下游而回流区流速却是上游方向(见图1)。由于本文着重研究泥沙的起动,在泥沙起动的瞬间,粘性对水流的影响较小,旋涡的产生到破碎

5、也只有1~2s,泥沙起动主要在旋涡的产生阶段,因此不考虑。由于需有外力不断推动,称为强迫旋涡或兰肯涡,流速分布如图2所示。利用文献[8]分析得到这种涡的压强分布为P+譬=C(1)P、u分别为涡内外任意一点的压强和流速;p为水的密度;C为常数。根据主流区岸边界的速度为0,得压收稿日期:2012.11-22基金项目:国家“十二五”科技支撑计划(2011BAB09B01);重庆市教委科学技术研究项目(KJ120406)作者简介:吴国茂(1987一),男,贵州遵义人,硕士研究生,从事水流泥沙研究。E-mail:w

6、uguomao298@163.cola8强为P=P,代人式(1),得到C=P,式(1)可写为2⋯{:碘l£《《一,lI一一P=P一(2)二]二]I:I一—一=j当r≥Fo时,速度随r的减小按抛物线的增加,根据式(2)得到压强则降低,到r=r。时压强为P。。—一一根据图2流速分布知道,主流区流速沿着横向纵向图1丁坝主流和回流区的流速分布示意图变化不大,因此流速分布可以等于“。。根据伯努利方程Fig.1Velocityprofilesofmainflowregionandbackflow回流区流速小,压强大,

7、主流区流速大压强小的原理,迫使regionaroundspurdike进入回流区边缘的涡很快都会往主流区流动,根据分析得到回流区的压强比主流区大p“。2/2。对涡内部:旋涡中心为有涡流动,旋涡内的流速可以近似地认为是直线,在不考虑质量力的情况下,代人欧拉方程有:一,一ay一一Ox,,“誓+Uy—ay:一一一Oy(3),设“=一toy,“=一∞代人式(3)有∞2z一I∞∞一——一,∞y:一——(4)J将式(4)中两式分别乘以、dy后相加,再积分得到p=r+C=+C(5)利用边界r=To时P=P。,“=uo条

8、件,代人式(5),得P:譬一2(6)又由于边壁处的压强为P。=P一pu。2/2,将其代入式(6)得涡内外任意点的压强为P=P+等一2、(7)当r=0时压强为最小值,出现强烈的低压区,很好地说明旋涡会吸人泥沙。压强分布如图3所示。JI尸pu/厂一//P回主流区回流区尸1、/主,区//图2竖直漩涡的内外部流速分布示意图图3竖直漩涡的内外部压强分布示意图Fig.2Internalandexternalfluidvelocitypro

当前文档最多预览五页,下载文档查看全文

此文档下载收益归作者所有

当前文档最多预览五页,下载文档查看全文
温馨提示:
1. 部分包含数学公式或PPT动画的文件,查看预览时可能会显示错乱或异常,文件下载后无此问题,请放心下载。
2. 本文档由用户上传,版权归属用户,天天文库负责整理代发布。如果您对本文档版权有争议请及时联系客服。
3. 下载前请仔细阅读文档内容,确认文档内容符合您的需求后进行下载,若出现内容与标题不符可向本站投诉处理。
4. 下载文档时可能由于网络波动等原因无法下载或下载错误,付费完成后未能成功下载的用户请联系客服处理。