陡坡紊流边界层的分析与计算

本文依据紊流边界层的动量方程和连续方程,利用流速分布的对数律,推导了陡坡紊流边界层的发展厚度δ和水深h的计算式,并与原型观测资料进行了对比。结果证明,本文所推公式和原型观测资料完全一致,同时,本文还推导了陡坡摩阻流速的计算式,所得成果对计算陡坡的切应力提供了依据。     

溢流反弧段的壁面摩阻特性的分析与计算

本文将流速对数律和流速指数律相联系,推导了溢流反弧段的摩阻流速的计算公式,对其进行了分析。并利用所量测的反弧段流速指数和边界层的资料,计算了不同粗糙度和不同曲率半径时反弧壁面摩阻流速及切应力等。     

挟沙水流的流速分布公式

在前人研究成果的基础上,得出卡门常数取与垂线位置和含沙量相关的变量时,掺混长度Prandtl假定与试验及实测资料较为相符。进一步对比对数律与指数律的流速梯度,得出卡门常数新的表达式。将卡门常数新的表达式代入Prandtl假定,根据Prandtl掺混长度理论得到新的流速分布公式。该公式较现有指数律和对数律解决了表面流速梯度不为零的问题。经室内水槽试验结果及河道实测资料验证,该公式可以真实地描述挟沙水流的流速分布变化规律,且在高含沙水流中仍有较好的精度。     

明渠渠底糙率突变对紊流边界层影响的试验研究

利用激光测速仪,对壁面糙率突变时的明渠紊流进行了试验研究,测量了糙率突变不同水深情况下明渠紊流的纵向时均流速和脉动流速。通过实测资料分析水深和糙率改变后内边界层发展变化规律、粗糙度和水深对内边界层的厚度的影响以及糙率突变后从一种均匀流到形成新的充分发展的紊流所需要的纵向长度。     

粗糙度对溢流反弧水力特性及紊流边界层的影响

本文对溢流反弧(R=100cm)不同粗糙度模型水力特性进行了系统的试验观测,探讨了壁面粗糙度对反弧水流流速分布、压强分布及边界层发展的影响。综合分析了流速分布及边界层发展的影响因素,得出了反弧水流边界层外部势流流速不受粗糙度影响的结论,并给出了边界层内流速指数n随粗糙度变化的关系式及反映壁面粗糙度影响的边界层厚度计算式。试验发现粗糙度对离心力压强影响甚微。     

溢流坝反弧段的流速分布

根据试验研究资料,对溢流坝反弧段的流速分布进行了探讨。指出反弧水流的流速分布除受重力作用影响外,还受离心力作用的影响。当反弧半径为80cm左右,重力和离心力作用的相对大小发生转变,大于该值重力作用为主,小于该值离心力作用明显。提出了反映重力及离心力对壁面势流速度影响的综合参数,该参数在反弧段近似为常数。还指出在反弧段边界层内流速指数律有较好的适应性,影响指数的主要参数是弧长、反弧半径、雷诺数和无因次参数,并提出了反弧段流速分布指数的计算式与图表。     

明渠湍流对数律的诊断函数分析

明渠水力学的传统观点认为,明渠湍流平均流速分布的对数律是与Reynolds数和Froude数无关的普适律。由于Karman常数与摩阻流速难以分离,且平均流速分布与对数律的偏离是一个渐进过程,因此导致目前对对数区的范围以及Karman常数的取值存在较大争议。该文引入诊断函数分析了高频粒子图像测速系统(PIV)测量所得光滑明渠恒定均匀湍流数据。当平均流速分布严格满足对数律时,诊断函数为常数。分析结果表明,在该实验的Reynolds数条件下,诊断函数在全水深都不存在水平段,即平均流速分布没有严格意义的对数区。根据实验和直接数值模拟的结果趋势推测,随着Reynolds数增加,流速分布将会出现严格意义的对数区,并且其范围会逐渐增大。当Reynolds数足够大时,明渠湍流的Karman常数将落在0.334和0.415之间,对数区范围将小于76y~+0.5 Re_τ。     

不可压缩流体的有压槽道紊流

本文应用管流与有压槽道流的力学相似性,从理论上推导出不可压缩流体有压槽道紊流的以下3个关系式;(1)紊流时均速度的对数分布模型与断面平均流速的关系.(2)紊流光滑壁层流边层的厚度与速度计算公式.(3)阻力系数公式.以上结果已与 Dean 的工作进行了比较,在已知的实验范围内优于 Dean 本人提出的经验公式.     

泄水建筑物紊流边界层的探讨

泄水建筑物的紊流边界层与一般水力学或流体力学书中所讲的绕流边界层是不同的。而泄水建筑物的许多水力学问题都与紊流边界层的发展有关。本文总结了我们过去对溢流坝面紊流边界层及泄水建筑物反弧段紊流边界层的试验研究,并通过一定的理论分析导出了光滑溢流面及粗糙溢流面紊流边界层厚度的计算关系式。本文对国内外现有计算溢流坝面紊流边界层厚度的经验公式进行了分析对比,提出了较为实际的确定溢流坝面紊流边界层厚度的实用经验公式: δ/χ=0.0506(χ/△)~(-0.186) 本文对泄水建筑物反弧段边界层厚度变化规律,首次采用了“相对边界层厚度(δ/δo)”及“相对反弧长度(S/Rθ)”进行分析,能够将离散的数据集中,显示出明显的规律性。本文还提出反弧中点似为边界层厚度从增厚到减薄的“突变点”。在突变点以前紊流边界层厚度沿程变化的关系式为: δ/δo=e~(0.743)s/Rθ; 在突变点以后,紊流边界层厚度沿程变化的关系式为: δ/δo=0.53(S/Rθ)~(-1.45)     

光滑壁面明渠非均匀流水力特性

在分析激光测速试验资料的基础上，对比了明渠均匀紊流和非均匀紊流在紊流分区结构、流速分布、紊流强度和壁面切应力等方面的水力特性，指出两种流态流速分布公式存在差异，非均匀流的脉动流速、壁面切应力都较均匀流为小，并给出了用新的无量纲参数表达的适用于均匀流和非均匀流的统一的流速公式以及垂线平均流速及其位置的计算公式。     

关于《厂房顶溢流的原型观测》一文中紊流边界层问题的商榷

[日本]三井一郎与秋秀一在第十届国际大坝会议上所发表的“厂房顶溢流的原型观测”一文①系统阐述了为鉴定在[日本]中部地区建成的新成羽大坝(高为103米的混凝土重力拱坝)的坝后溢流厂房在洪水期的安全所进行的现场观测试验及其成果的分析研究;为今后在高山峡谷河段建造高水头、大容量水力发电枢纽工程提供了宝贵经验。由于溢流面的各种水力特性都与紊流边界层的发展有关,论文提出了一个用数值积分法解紊流边界层的方法。计算所得的边界层厚度δ值与实测值比较获得了相当一致的结果。但笔者发现论文中边界层排挤厚度δ~*、动量厚度θ及流速分布参数H等均有错误;从而其计算结果与实测值比较所     

应用激光量测溢流坝下游水平护坦上急流水流的流速分布

本文报导了激光技术的应用,为水流中点流速的量测提供了新方法。 文中对在二元水槽内溢流坝下游水平段上的流速量测做了较详细的介绍。对近壁处 边界层内的流速分布进行了分析。并提出了明流情况下边界层内流速分布的近似计算公 式及水平拖曳力的估算方法。     

次线性期望空间下广义ND序列的重对数律

运用Markov不等式和Kolmogorov指数不等式,在一般矩条件下,得到了次线性期望空间下同分布广义ND序列的重对数律,从而推广了次线性期望空间下的重对数律.     

方坯连铸结晶器壁面速度分布规律的研究

针对合金钢方坯连铸结晶器内钢液的流体流动，采用二维激光测速仪测定了４孔水口下结晶器内垂直平板壁面附近不同区域的流体运动速度。同时，根据对数壁面律，用回归方法导出不同壁面区域附近的对数壁面律方程和相应的经验常数，得到了结晶器壁面附近区域流体速度分布规律。     

溢流反弧段紊流边界层变化规律的数值模拟

在溢流反弧段流线同心圆假定的基础上,通过理论推导,建立了表征反弧段动水压强、壁面势流流速、壁面切应力的相应表达式;将描述边界层发展变化规律的连续方程、动量积分方程、动能积分方程联立,并运用列主元高斯消去法将其转化为一阶微分方程组,采用双边法求其数值解,从而模拟出反弧段水深、边界层厚度以及流速分布指数的沿程变化规律。     

单向连续车流下公路隧道紊流分区结构与流场特性

将隧道内流场划分为3个区域,从上到下分别为壁面影响区、车辆影响区及紊流推进区.根据卡门流速分布亏损律,建立了单向连续车流下二维公路隧道紊流方程,引入普朗特掺混长度理论和范德里斯公式,得到了3个区域的二维流速分布公式.以1:10的缩尺比例搭建了隧道通风实验平台,测试了在4种模型车速下隧道中截面的风速,对比验证了二维流速分布公式的准确性.最后基于二维流速分布公式和实验数据,分析了公路隧道中3个分区的风场特性,并给出了隧道平均活塞风速计算公式-u≈0.486v0-0.116 7(v0为车辆行驶速率).     

波浪条件下植物对边界层内流速的影响

为了研究植物对边界层内流速的影响,利用波浪水槽进行了物理模型试验。在入射波为规则波、波周期一定时,不同植物密度、来波波高对植物模型近底处边界层流速分布有不同的影响。试验结果表明,植物带长度范围内的前中后3条测线流速分布规律符合理论计算的流速分布规律,但流速值更小;在波周期和植物宽度不变的情况下,随着植物密度的增加,近底流速最大值的衰减系数增加;在植物密度不变的情况下,不同波高作用下近底边界层流速最大值的衰减程度不同,波高值越大,衰减效果越明显。     

论紊流Couette流

在分析脉动粘性系数VT在断面上的分布趋势的基础上,吸取前人的研究成果,提出新的VT公式和紊流Couette流的流速分布公式。     

湍流Rayleigh-Bénard热对流温度剖面中对数律研究

本文采用湍流热对流的并行直接数值模拟(Parallel Direct Method of Direct Numerical Simulation,PDM-DNS),计算了系列Ra数的二维方腔Rayleigh-Bénard热对流.选取典型Ra=10~(10),Pr=4.3,讨论了流动平均场的近底板区域温度分布.温度边界层沿横向可分为三个区域:羽流发射区、冲击区和大尺度环流剪切区.在羽流发射区温度剖面存在对数律,冲击区和大尺度环流剪切区没有明显的对数律特征.横向平均得到的温度剖面也存在对数律.研究系列Ra数的横向平均温度剖面,得到温度变化满足A×log(y)+B的关系,温度剖面对数律振幅–A和Ra数呈现标度关系–A~Ra~(–0.145),与实验中发现的关系基本一致.     

Karman边界层动量方程中的层流速度分布方程

针对层流流动,提出了一个新的指数型速度分布方程。将其代入karman边界层动量方程后,求得的边界层厚度、边界层中任意点的流速、平板壁面上的总曳力及曳力系数均与Basius精确解极为接近。