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梅花形阵列粗糙床面明渠紊流特性

钟亮 葛晨曦 孙建云

钟亮,葛晨曦,孙建云. 梅花形阵列粗糙床面明渠紊流特性[J]. 水利水运工程学报 doi:  10.12170/20191026002
引用本文: 钟亮,葛晨曦,孙建云. 梅花形阵列粗糙床面明渠紊流特性[J]. 水利水运工程学报 doi:  10.12170/20191026002
(ZHONG Liang, GE Chenxi, SUN Jianyun. Turbulence characteristics in open channel with glass-sphere quincunx arrays[J]. Hydro-Science and Engineering(in Chinese)) doi:  10.12170/20191026002
Citation: (ZHONG Liang, GE Chenxi, SUN Jianyun. Turbulence characteristics in open channel with glass-sphere quincunx arrays[J]. Hydro-Science and Engineering(in Chinese)) doi:  10.12170/20191026002

梅花形阵列粗糙床面明渠紊流特性

doi: 10.12170/20191026002
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51509026);重庆市基础科学与前沿技术研究项目(cstc2017jcyjAX0278);湖南省交通科技项目(201830)
详细信息
    作者简介:

    钟 亮(1980—),男,江西赣州人,教授,博士,主要从事水力学及河流动力学研究。E-mail:zlcqjtu@163.com

  • 中图分类号: TV131.2

Turbulence characteristics in open channel with glass-sphere quincunx arrays

  • 摘要: 梅花形阵列粗糙是常见的床面粗糙形态,但其水流紊动特性参数在颗粒间的沿程变化和不同象限间的分布差异等研究仍较薄弱。采用不同颗粒大小和排列间距的圆形玻璃珠制作了3种梅花形阵列粗糙床面,基于明渠紊流的PIV水槽试验资料,探讨了无量纲纵向紊动强度Tu(请用一个字母(可加下标)表示,全文替换???)、雷诺应力R和紊动能E的分布规律。结果表明:① 颗粒顶部以上区域的TuRE沿程基本呈条带状变化,受颗粒影响较小,而颗粒顶部以下区域则受颗粒影响明显,沿程变化相对复杂,表现出一定的周期性和分区性,并可分为颗粒区和粒间区。② 颗粒顶部以上区域TuRE的垂线分布基本重合,颗粒顶部以下区域则波动明显,分布曲线呈“S”和倒“L”等形状。③ 粒间区各象限的RE沿程变化较为平缓,接近水平线,第2、4象限的RE总体大于第1、3象限;颗粒区各象限的RE沿程分布呈“∪”状并在沿程位置参数x+ = 0附近有最小值。研究成果对鱼道及航道工程设计等具有一定的指导意义。
  • 图  1  颗粒阵列形态及水槽试验

    Figure  1.  Particle array morphology and flume test

    图  2  象限分析方法示意

    Figure  2.  Sketch of quadrant analysis method

    图  3  纵向紊动强度的分布云图

    Figure  3.  Distribution cloud map of longitudinal turbulence intensity

    图  4  雷诺应力的分布云图

    Figure  4.  Distribution cloud map of Reynolds stress

    图  5  紊动能的分布云图

    Figure  5.  Distribution cloud map of turbulent kinetic energy

    图  6  紊动参数的垂线分布(原点共用一个0???纵?)

    Figure  6.  Vertical distribution of turbulence parameters

    图  7  各象限雷诺应力垂线平均值的沿程变化(0.0??)

    Figure  7.  Longitudinal variation of vertical average Reynolds stress in different quadrants

    图  8  各象限紊动能垂线平均值的沿程变化(0.0???)

    Figure  8.  Longitudinal variation of vertical average turbulence kinetic energy in different quadrants

    图  9  紊动参数垂线平均值的沿程变化(R??)

    Figure  9.  Longitudinal varation of vertical average turbulence parameters

    表  1  试验工况参数

    Table  1.   Summary data of experimental run

    工况床面d/mmQ/(L·s-1)h/cmiυ/(10-6·m2·s-1)Um/(cm·s-1)$\overline {{u_*}} $/(cm·s-1)B/hh/dFrReRe*床面类型
    1B162.54.490.0011.10922.261.8005.577.490.34663197.3粗糙
    2B262.54.370.0011.10922.901.7815.727.280.35668096.3粗糙
    3B392.54.480.0011.13522.321.7985.584.980.346484142.5粗糙
    注:d为颗粒直径;Q为流量;h为从光滑床面起算的试验段水深;i为底坡;υ为水的运动黏度;Um为断面平均流速;$\overline {{u_*}} $为试验段平均摩阻流速;B为水槽宽度;Fr为弗劳德数;Re为水流雷诺数;Re*为粗糙雷诺数(${\operatorname{Re} _*} = \overline {{u_*}} d/\upsilon $???)。
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  • 收稿日期:  2019-10-26

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