u形渠道水流紊动特性试验研究

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1、U形渠道水流紊动特性试验研究李晋琴吕宏兴韩文霆摘要：在U形混凝土明渠内，采用声学多普勒点式流速仪（Vectrino）测量了不同流量下的瞬时流速，对明渠水流紊动的准周期、频率等水流紊动特性进行了定量的描述，对紊动强度、雷诺应力进行了较深入的分析计算。试验分析结果表明：①水流脉动具有大小不同的准周期。②水流瞬时流速概率分布近似符合正态分布。③各垂线纵向、垂向紊动强度自渠底向水面先减小后增大，横向紊动强度变化幅度较小。④纵向与横向雷诺切应力在y/h＞0．5范围内近似为直线，y/h＜0．5区域内近似为三角形分布。关键词：U形渠道；紊动强度；雷诺应力中图分类号：TV131．2文

2、献标识码：AExperimentStudyonTurbulenceCharacteristicsofFlowinU-shapedChannelLIJin-qin1，LVHong-xing1，HANGWen-ting2Abstract：UsingAcousticDopplerpointcurrentmeter（Vectrino），theinstantaneousvelocityatdifferentmeasurementpointsunderdifferentflowrateweremeasuredinU-shapedchannel．Theturbulentcharac

3、teristicsofflow，suchasperiod，frequency，weredescribedbymeansofquantitativeanalysis．AndtheturbulentintensitiesandReynoldsstresseswerefurtheranalyzedandcalculated．Theexperimentalresultindicatethat：thevelocitypulsingprocesshaddifferentquasi-periodic；theprobabilitydistributionoffluctuatingve

4、locitywasapproximatelyintheformofGaussiancurve；thelongitudinalandverticalturbulentintensitiesondifferentperpendicularlinewasreducedinitiallythenincreasedfrombottomofchanneltothesurface，therangeofturbulentintensitiesontransversalwassmall；Reynoldsstressesonlongitudinalandtransversaldistri

5、butedapproximatedstraightlineintherangeofrelativeflowdepthbiggerthan0．5andtriangulardistributionwhentherelativeflowdepthwassmallerthan0．5．Keywords：U-shapedchannel；turbulentintensity；Reynoldsstress0引言紊流是自然界普遍存在的流体运动，对许多科学技术领域，如航空、造船、气象、水利、环保等，都有直接或间接的关系［1］。许多工程中的流体力学问题都应当用紊流理论进行求解。但由于紊流结

6、构复杂，紊流理论尚未发展到全面解决工程实际流体力学问题的水平。U形渠道因其水力性能好，过流能力大，抗冻胀性能优越，防渗效果明显等特点［2］，在灌区得到了广泛的应用。在过去的几年里，尽管水流的紊动特性被广泛研究，但对于U形渠道中水流紊动强度、雷诺应力分布等问题，有关研究成果的介绍较少，尚未形成系统的理论研究，所以很有必要对其进一步研究。1试验设计与方法1．1试验设计明渠水槽试验在西北农林科技大学灌区试验站进行，水槽为混凝土结构，长32m，深0．6m，U形断面由底部圆弧弓形和上部直线段梯形组成，底弧半径0．2m，底弧圆心角152°，边坡系数m＝0．25，水槽底坡i＝1∶2

7、000，试验利用声学多普勒点式流速仪（Vectrino）量测水流流速，试验布置如图1所示。1．2量测方法为保证均匀流条件和流态稳定，流速测量段选择距离稳水池进水口18m处，测量段水位通过调节渠尾挡水板调控，试验流量采用直角三角形薄壁堰测定。测点布置参照国际标准ISO1088和JJG8355《速度-面积法》计量检测规程有关规定［3］，本文中水槽测流断面自中垂线向两边侧壁每2cm布置一条测线，每条测线自水面向下每2cm布置一个测点，断面测点布置及分析测线示意图如图2所示，其中，与中垂线水平距离为4cm的垂线记为垂线1，与中垂线水平距离为8cm的垂线记为垂