U形渠道水流紊动特性试验研究.doc

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 文献标识码：A Experiment Study on Turbulence Characteristics of Flow in U-shaped Channel LI Jin-qin1，LV Hong-xing1，HANG Wen-ting2 Abstract：Using Acoustic Doppler point current meter（Vectrino），the instantaneous velocity at different measurement points under different flow rate were measured in U-shaped channel．The turbulent characteristics of flow，such as period，frequency，were described by means of quantitative analysis．And the turbulent intensities and Reynolds stresses were further analyzed and calculated． The experimental result indicate that：the velocity pulsing process had different quasi-periodic；the probability distribution of fluctuating velocity was approximately in the form of Gaussian curve；the longitudinal and vertical turbulent intensities on different perpendicular line was reduced initially then increased from bottom of channel to the surface，the range of turbulent intensities on transversal was small；Reynolds stresses on longitudinal and transversal distributed approximated straight line in the range of relative flow depth bigger than 0．5and triangular distribution when the relative flow depth was smaller than 0．5． Key words：U-shaped channel；turbulent intensity；Reynolds stress 0 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∶2 000，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