不同水深流速分布及推力计算.docx

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1、、流速分布及计算自然界中的水流大部分是湍流。湍流是一种高度复杂的非线性流体运动，在空间中不规则、时间上无秩序，具有在运动过程中液体质点不断混掺的运动特性。实际中流速计算一般根据实测数据进行推导，具有代表性的是“六点测流法”，2014年之后，声学多普勒流速剖面仪开始被采用，随后有部分学者提出了相应的“多点法测速计算”。水流由于受到层间切应力的作用，其流速沿水深而变化，河底流速小，水面流速大，河底流速受河床的粘滞作用，基本为零。理论上水流流速由下往上可分成直线层、过渡层、对数区和外层区，其相应的计算公式如下：（一）直线层水流为层流（层流是流体的一种流动状态，它作层状的流动。流体在

2、管内低速流动时呈现为层流，其质点沿着与管轴平行的方向作平滑直线运动。流体的流速在管中心处最大，其近壁处最小。管内流体的平均流速与最大流速之比等于0.5。），只受粘滞切应力，此时流速可按下式计算：申=VghJJ：水力坡度；0

3、料确定，y为计算点至河床的距离。爱因斯坦提出的具体计算公式如下：=5.75lg(30.2yks其中ks为床面粗糙高度，可取床沙代表粒径；x为反映对流速分布实际影响的系数，与？空?值有关；$为近壁层流层的厚度。8直线层、过度层、对数区合称为内层区，区内流速分布主要受床面的影响。（四）夕卜层区水流为紊流，其流速分布除受床面的影响外，还要受到上游来流条件和上部边界条件的影响，因而其分布规律偏离对数曲线而有一流速增值，计算公式的一般计算形式为：口ny=A?lgy+B+-？3（-）p?kh式中，n为尾迹强度系数；k为卡门常数；3为函数符号；冗和k通过实测资料确定。y意义同前，h为断面水

4、深。（五）实际应用在实际中，通常将对数区的流速分布公式推广到全部水深，根据全部水深上的流速分布资料来确定对数流速分布公式中的系数，再将对数流速分布公式用到全部水深上去。在宽深比介于6至10之间的的河槽中，断面上任一点的水流不仅受到来自河底紊动涡体的作用，还同时受到来自河岸紊动涡体的作用。纵向流速不仅沿水深变化，沿断面横向分布也是不均匀的，接近河岸的垂线与河心的垂线流速分在传统的六点法测流中，通常是ho=0,hi=0.2H,h2=0.4H,h3=0.6H,h4=0.8H,h5=H,1则上式可优化为V気［V0+2（V+V2+V+V4）+V］。如需计算某一点的流速，则根据上述测得值

5、所汇出的函数图像，可以粗略估计某一点的流速。利用传统六点法计算垂线流速平均值或是某一点流速时，因这种数据处取用的原数据较少，因此会损失垂线平均流速计算值的精度。而声学多普勒流速剖面仪可以测得一条垂线上没1m甚至小于1m—层的流速数据，对于水深10m以上的水域，在一条垂线上可以测得10层以上的数据，因此对应于上述六点分析法，可以类似地推导出多点分析法，从而大大提高计算结果的精度。二、水流力计算（一）水流推动力水流推动力作用方向为顺水流方向，作用位置为水流底部，水流推动力反应了河床面物体是否被推移，可用来计算河床冲刷。具体计算公式为：??=yHJ式中，P1为水流推动力；Y为水的容

6、重；H为水深；J为水力坡度。图2水流推移力示意图图3河床不同土质的临界推移力（二）水流对阻流面的冲击力图4水流冲击力示意图作用方向：水平向：作用位置：阻流面高度的一半。u（1-cosaB=k?Yw?h?—?gsina式中：P2---水流推动力（kN/m）；k---绕流系数，对实体坝而言，坝身宽度与坝长相比小得多时取1.0，宽度与长度大致相等时取0.7;Y—水的容重（kN/m3）；h---阻流面高度（m）,不漫水时为阻流面前的水深，漫水时为阻流物的高度；g为重力加速度：a---水流冲击方向与阻流面间的夹角：u为靠近阻流面处水流断面的平均流速（m/s），与水流的压缩程度有关，可按

7、下式进行计算：u=n?u，U---水流未压缩时的断面平均流速，可参考第一节计算，n---由于建筑物挤压水流断面而使流速增大的系数，取值见下表:图5压缩断面流速增大系数