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连续两弯明渠水流特性水槽试验研究

唐仁杰  
【摘要】: 弯曲河流在自然界中普遍存在,在自然情况下,平原河流、河网及滨湖河流中常出现多弯相连的情况。 水在流动的时候受边界条件影响很大。弯道水流是工程实际中经常碰到的一种水流形式。由于弯道特有的几何特征和几何条件,其水流特性与顺直河道有显著的不同。弯曲型河流的水流运动研究,包括流速及流速分布、比降、流场分布、环流运动、紊动特性等。单个的独立弯道中水流结构方面的研究已经比较成熟,本文对此方面丰富的成果进行了系统归纳。本文对于成果还不多见的连续弯道水流结构方面的问题,做了系统的试验研究。主要研究内容以及结论如下: 1.利用超声多普勒声速仪(NDV)量测不同位置的瞬时流场,分析了在过渡段长度不够的情况下连续弯道下三维流速沿水深分布以及三维流速沿程变化的特点,对实验结果进行了分析,发现在过渡段长度不够的情况下,水流进入后弯后,主流出现在后弯凸岸,后弯主流向凹岸过渡的趋势和速度不及前弯,并且还未来得及过渡到凹岸一侧便已经出弯。 2.深入探讨了连续弯道下环流沿程变化的情况以及环流强度沿水深分布的规律。发现连续弯道环流结构和单个弯道环流结构有明显不同。在前弯以及过渡段和后弯进口断面的环流结构为大环套小环的结构。即整个断面会出现一个大的环状结构,并且在顺直的过渡段依然会产生比较明显的环流。在过渡段长度不够的情况下,水流刚进入后弯时,后弯进口处附近断面的速度场和前弯的速度场比较相似。随后前弯的环流会逐渐被削弱直到最后消失,最终被后弯所产生的环流所取代。 3.对连续弯道下水流紊动特性做了试验研究,深入分析了水流紊动强度的变化规律。发现垂向紊动强度明显偏小。纵向紊动强度的最大值一般出现在水流底部。横向紊动强度值一般会出现突变点,并且横向紊动强度的最大值多数情况下出现在z/h=0.5附近。 本实验研究成果丰富了人们对连续弯道水流特性的认识,为进一步研究奠定了基础。


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