低含沙水流运动特性综述

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1、低含沙水流运动特性综述摘要：本文着重综述了清水水流(在固定—可动边界条件下)、挟沙水流久的流速分布特征、紊动特性吉、能量间分配关系等流动现蹂象的内部规律，并系统分析哄比较了它们的异同，文中还！兼论了卡门常数。关键词凫：清水水流挟沙水流流动规槔律1引言拟序结构的研酩究丰富了人们对湍流的认识改，近年来非线性科学的发展槽对湍流研究起了很大的推动噘作用。流体运动过程中的流～速能量分布关系及其规律和桔猝发的特征及性质，一方面亟是研究挟沙水流等的基础，另一方面本身有其重要的理论意义和实践意义，本文探冽讨低含沙水流和清水特性的镭异同。2猝发现象猝发现象的具体描述参见有关文献[1]，研究表明：当

2、R窜eh=uhυ(u为平均流恸速，h为水深)>1000茛0时，用外部参量(u，h何)无量纲化猝发周期T是不正确的，和混合参量(ν,肀h,u*,u)相比，最佳参量是用内部参量(ν,u顺*)无量纲化猝发周期并推导知：(u2*TB/υ≈Ｆ190)(y+=yu*/毅υ≈+15)。[2]研究钅了零压力梯度下光滑平板和筚零压力梯度下表面糙度由粗杪糙向光滑转变时内部边界还幌未恢复局部平衡情形时的猝歹17/17发规律。在猝发现象中，引檬射(Ejections)滦时对应的速度脉动为U′′枚＞0,扫掠时，(Swee♂ps)对应的速度脉动为U囔′>0,V′′、V′分别瞒为流向和法向脉动速度。正拱是引射所

3、引起的动量、能量糯、涡度交换对内外层的相互莲作用有重要影响，进而影响汁摩阻流速的大小。[3]观λ察发现，每一个流层(位于缓冲层)中的流条上升都和对数层中的扰动有关，他们飨发现猝发和对数层作用所引凝起的扫掠对下游很远处的猝醅发产生都有影响，和扫掠相夼联系的对数层中的高剪切区ē是由展向涡或上翘流向涡(掰例如部分发夹涡)所引起的焉。[4]猜测局部的逆压梯氦度是由于上举所产生或引起擘上举的原因。[5]指出广夤泛存在于近壁区中的是j-ヨ形涡而非如原来认为的大量区马蹄形涡。Morriso５n,,Subamania佑n,,采用象限分析法分析蝮了扫掠(u′>0,v′′瞰、V′)以+为上标表示)祓和引

4、射(u′′′,V′)〈以-为上标表示)对U、V拇值的影响(为方便计在本猝发部分以小写的u、v示脉窄动值，以大写U、V示平均嗽流速值)，有这里(1鲵)r++r-=r(2杷)r约为。易知对于一般蟀其它量也应当满足下式17/17 化(3) 这里n≥0,m≥0,=表示湍流平均，-表示非湍流平均(为简秆单计，这里只讨论光滑情形Ⅹ)。在外区，引射较扫掠更馥频繁发生，因而对当地剪切豕贡献更大，在内层中，二者对剪应力贡献大致相等，发赛生总时间也大致相同。在整事个边界层厚度中，引射较扫掠对u′2和v′2贡献更大，二者之和约为40%的漠u2-uv和v2]-uv顺，由图1中易知引射和扫掠藕控制着能

5、量和切应力的惯性鞲传输。图1三次积Tr钕ipleproducts部 经过推导知(4)物 由式可知：卡门常数随是流体运动内部流场特性的犄参数，从一个局部平衡区到濑另一个局部平衡区，卡门常蝴数也在变化，即卡门常数是亟一个反映流体运动特性的局筠17/17部量，是空间点坐标和时间尸的函数，但卡门常数又是流体运动性态的一个系统整体劁参数，而非独立的变量。准确地讲，又称之为卡门参数备。［6］分析了、和的谱分瑟布情形(无压强梯度的平板流动)指出，不同的边界情铪形有不同的流动，似乎显示毕了不同边界表面粗糙情形不舆仅影响边界层内部物理量分鲱布不同，而且外层的物理量髋分布也不同。在边壁可缥动情形下的

6、猝发情况研究近诙来也取得了一些成果，[7╀]研究了在不同密度的淤泥质床面上水流运动的猝发周棕期并和刚性床面的结果作了钰比较。结果表明，按内部参伢量T+B=u2*/v无量戳纲化的猝发周期，较同条件蛊的清水在近壁区明显增大。文献[8]的研究结果表明，悬浮泥沙的尺寸和波数增疵加，将使底壁水流更容易猝≯发，流动雷诺数增加将抑制锱猝发；泥沙的纵向流速比水饨流纵向流速大得愈多，愈不薛容易导致流体猝发的形成，他但当泥沙的纵向流速比水流的纵向流速为小时(天然情溢形中常常这样)，较易导致竣猝发的产生。[9]的研究鬏表明，泥沙尺寸在一定范围寇内愈大，将使猝发次数增加哕，使湍流度和雷诺应力增加┘；泥沙含

7、量增加，使猝发频敕率和流条平均空间尺寸不变赖。观察表明，似乎是近壁区╉的低速流条的上升和破裂控翰制着泥沙的传输，泥沙大部ㄊ分在低速流条区积聚，后被咎流体上举带离床面，开始运迸动的。[10]的研究再一抬次表明，猝发历时随壁粗糙度的增加而减少。顺便指出ヘ17/17，[11]研究高分子减阻中，相同摩阻流速条件下，纸减阻液和清水中两种情形下滚猝发历时和猝发空间长度之荟比值都近似为一常数值，约豇为。3平均流速和脉动流速流速分布对流速分布