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【目的】得到含刚性沉水植物明渠的水流结构。【方法】采用粒子图像测速仪(PIV),用有机玻璃棒模拟刚性植物,在不同来水流量、植物密度条件下对明渠水流结构进行了试验研究。【结果】无植物时平均流速沿垂向呈对数分布规律,有植物时则呈现明显的分区分布特性。无植物时紊动强度值沿垂向变化不大,有植物时在植物顶端位置处紊动最剧烈。流量或植物密度越大,植物顶端位置的流速梯度就越大,植物层上方的流速最大值也越大。植物密度越大,植物顶端位置的紊动强度越大,植物密度对水流紊动强度由最大值减小到最小值的区域影响很大。【结论】刚性沉水植物的存在会改变水流结构,增强紊动掺混,增强流体质点交换和能量传递,且上述影响会随着流量或植物密度的增大而增强。 相似文献
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针对云南滇池高原湖泊湿地植物生长种类,采用水槽实验,进行了三种流量、三种不同生长期植物的植物带前、中、后断面沿程流速和垂线流速分布的实验,通过水槽实验研究,分析了植物生长对水流结构影响机理。实验研究表明:①种植物时,植物带前各断面流速比无植物时都有一定的减小,植物对水流有明显的阻滞作用。植物带段过流流速沿程逐渐增加,在一定距离后达到最大值;同一流量条件下,随植物的生长,对水流的阻滞作用越明显,流速变化越大。植物大小一定时,流量越大,植物中流速达到最大值的距离越长。②植物段水流垂线流速分布与明渠恒定流垂线流速分布规律有所不同,植物底部流速比明渠恒定流要小,水面流速比明渠恒定流要大;植物带后水流流态恢复到明渠恒定流流态需要一定的距离。 相似文献
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利用室内矩形水槽，精细模拟了5个工况下的槽内水流运动，借助三维超声波多普勒测速仪（ADV）量测了不同垂线、不同测点的瞬时流速。从4个角度拟合矩形断面明渠沿垂线的流速分布，并计算了测点三维相对紊动强度和雷诺应力，分析其变化特征。试验结果表明：⑴脉动流速基本符合正态分布，纵向流速沿垂线分布大体成J型，但在近水面处有稍许降低，横、垂向流速较小，在0附近徘徊；⑵通过4种公式拟合发现，对数公式d对本试验结果拟合最好；⑶横、垂向相对紊动强度比较小，而纵向要大得多，且变化幅度也较大，纵向相对紊动强度受流量和水量影响；⑷雷诺应力垂线分布基本符合三角形分布，随着流量的减少或水量的增大，雷诺应力垂线分布平均值变小。 相似文献
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针对当前接触式流速仪测流难度大的问题，提出了一种非接触式流量计算方法。由于渠道水流中垂线平均流速与断面平均流速近似相同，垂线平均流速与垂线水面处流速的比值为恒定值，因此可以通过该恒定值与中垂线水面流速、断面面积三组参数实现对明渠断面流量的计算。以东深供水工程某段矩形明渠为研究对象，对不同垂线上实测流速进行积分计算垂线平均流速，通过实测流速拟合抛物线函数流速分布公式计算垂线水面处流速，同时将垂线平均流速与垂线水面处流速的比值作为流量系数。结果发现，基于该流量系数的计算流量与实测流量十分接近，表明本文提出的水面一点法保证测流精度的同时能有效降低测流难度。提出的基于水面一点法的明渠流量计算方法具有较高精度，可为东深供水工程渠道流量实时监测及其他灌区快速测流提供理论依据。 相似文献
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《灌溉排水学报》2021,40(8)
【目的】分析植被茎秆倾伏角变化对明渠水流结构流态的影响,充分发挥河道水生植被功能以减缓河堤的侵蚀和水土流失的速率。【方法】建立明渠植被水流结构模型将水流液层在空间高度上分为植被层和自由层,在茎秆不同的变形状态下及流量范围内开展试验。【结果】(1)在同一茎秆倾伏角下,植被层Vv随水深h增加呈增加减少再增加最终趋于稳定的变化规律,自由层平均速度Vs、雷诺数Res、弗劳德数Frs随水深h的增大迅速减小后趋于稳定。(2)不同茎秆倾伏角下,植被层水力参数Vv、Rev、Frv在空间上表现出各向异性,自由层Vs、Res、Frs随植被倾伏角θ增大而减小,植被淹没临界水深h存在"滞后"现象。【结论】自由层的水流流速Vs、雷诺数Res、弗劳德数Frs均大于植被层;植被层水流流态为缓紊流,自由层水流流态从急紊流迅速过渡到缓紊流。 相似文献
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采用钢筋刚性材料和弹簧柔性材料模拟了不同类型的水生植被,通过概化水槽物理试验研究了水生植被类型、水生植被淹没度对水生植被对于河流流速垂线分布的影响规律。试验结果表明:不同淹没度条件下刚性植被和柔性植被对河流流速垂线分布影响规律相似性较高,流速垂线分布均展现出分层现象;但不同水生植被材质条件流速垂线分布的分层节点不同,这是由不同材质的水生植被与水流间力学作用机制不同导致的。 相似文献
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《灌溉排水学报》2020,(7)
【目的】探索渠道内刚性粗糙元对水流流速分布的影响。【方法】用三维超声波多普勒流速仪(ADV)采集水流稳定后不同位置的流速值,并对获取数据进行平均化处理,分析了不同流量、不同粗糙元布置形式和不同粗糙元形态下明渠中非淹没刚性粗糙元前后水流流速结构和淹没刚性粗糙元后尾流结构,着重研究水流纵向流速u的纵向分布结构。【结果】①非淹没圆柱体试验,在不同流量、不同圆柱体排数下,流速u的流速分布相同;②淹没粗糙元在y方向使水流形成了1个3层的速度剖面,3层水流流速分布不同,不同淹没粗糙元形态对水流结构具有显著影响;③基于模型试验数据,对非淹没圆柱体试验数据采用非线性拟合的方法,分别得到了单根圆柱体上下游纵向流速分布的拟合式;④采用量纲分析得出,粗糙元在淹没条件下,其下游纵向流速u与水流特性、渠道特性及粗糙元特性有关。【结论】淹没条件下,粗糙元后水流流速纵向分布形成了1个3层的速度剖面;而非淹没条件下,粗糙元后水流流速纵向分布均呈现出"对勾"的形式。 相似文献
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矩形明渠流速分布特征及其在流量量测中的应用 总被引：2，自引：1，他引：1
通过对明渠流速的水槽试验研究,建立了矩形断面明渠流速沿垂线分布的抛物线公式和流速横向分布的乘幂函数公式,拟合分析给出了流速分布系数的确定方法。实测渠道流速资料验证表明,所提出的明渠流速分布规律与实际分布一致。根据提出的明渠流速分布规律,给出了确定明渠流量的简易测定与计算方法,计算相对误差较小,可以满足明渠流量计量的精度要求。在此基础上设计了实用流量自动化测量系统,可以简化明渠测流工作量,降低测量成本、提高明渠测流精度,已在一些引水渠道中使用。 相似文献
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突扩能够使局部范围内水流紊动剧烈,可以作为水利工程中消能工的一种重要方式．为了探讨突扩比对下游流体水力特性的影响规律,基于RNG k-ε紊流模型和PISO压力-速度耦合算法,采用非均匀结构网格技术,建立了三维紊流数学模型,对突扩比分别为1000,0833,0.667,0500,0333等5种空间水跃进行了多工况数值模拟,结合试验数据,计算结果量纲一化,讨论了不同突扩比大小对下游水力性能的影响,并分析了下游流速、紊动能及消能率等随突扩比的变化规律．数值计算结果表明:突扩比对下游流速、紊动能及消能率影响显著,突扩比越小,下游流速变化越显著,主流在空间内扩散愈迅速,流态转变越明显;随着突扩比的减小,紊动应力愈小,紊动能量愈小,而消能率越大;突扩水跃较典型水跃消能效果明显增强,当突扩比小于0500时,消能率增大不再显著． 相似文献
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U形渠道流速分布特性分析与试验 总被引：1，自引：0，他引：1
依据室内试验和田间实测资料,分析了U形渠道水流流速分布特性,建立了U形渠道水流横向流速分布指数律、垂向流速分布双幂律,给出了相关参数的确定方法,并提出了基于U形渠道水流分布规律的明渠测流计算断面中线“三点法”.实测资料验证表明:中线“三点法”在室内不同工况计算流量相对误差均在±4％范围内;除个别测点外,现场实测计算流量相对误差也在±5％范围内,说明中线“三点法”计算精确.与流速-面积法需9个测点相比,中线“三点法”节省了60％以上的测流工作量. 相似文献
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《灌溉排水学报》2019,(11)
【目的】针对半圆形渠道进行物理模型试验研究,揭示半圆形渠道沿壁面法线方向平均速度特征位置的分布规律,为非标准断面渠道测流方法提供新思路。【方法】基于不同水力条件下渠道断面流速的量测结果,从流速分区理论出发,利用经典对数公式推导半圆形渠道断面测速法线上平均流速特征位置点的理论计算公式,考虑侧壁对摩阻流速的影响,基于测定特征位置的流速从而得到整个半圆形渠道断面的平均流速。【结果】本研究提出半圆形明渠在过圆心的测速法线上平均速度特征位置的计算公式,与试验结果相比,该公式计算结果所得平均误差在10%左右,该公式能较好地反映半圆形明渠测速法线平均速度特征位置的分布特性;沿测速法线方向分析半圆形明渠断面流速分布精度更高,流速分布规律的分析也更加合理。【结论】平均流速特征位置点理论公式计算结果与模型试验结果较为吻合,公式精度较高,工程中可通过测量特定位置的点的流速进而推求断面平均流速,达到快速准确确定渠道断面流量的目的。 相似文献
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为了明确U形渠道水流流速分布规律,指导田间用水管理生产实际,基于室内和田间实测资料,分析了U形渠道水流流速分布特点,将非对称封闭渠道流速分布结果引入明渠水流流速分布研究中,提出了垂向流速分布双幂律,同时给出了相关参数的确定方法,并采用实测资料对双幂律进行了验证.结果表明,U形渠道同一测线不同测点水流流速随着垂向位置的升高而逐渐增大,但在水面处有所减小,最大流速出现在水流表面以下.在此基础上建立的能够同时表达上下底面影响水流流速分布的双幂律,能够准确表达U形渠道水流流速分布特点;与常用流速分布规律相比,双幂律具有更高的计算精度.经实测资料验证,双幂律拟合流速垂向分布计算结果的相对误差较小,在相对深度处于0.10～0.95的计算区间内,双幂律计算相对误差小于5%,且对常见的不同断面、不同规模渠道具有普遍适用性. 相似文献
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不同鳃片间距下的分离鳃内部流场三维数值模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
为研究鳃片间距对分离鳃的速度场及泥沙分布特性的影响,采用Fluent软件中的层流模型和欧拉模型,运用Phase Coupled SIMPLE(PC-SIMPLE)算法,对不同鳃片间距下分离鳃的水沙两相流流场进行了静水沉降的三维数值模拟。根据数值计算结果,对速度场和含沙量分布特性进行了对比与分析。结果表明:不同鳃片间距下,分离鳃内部的速度场分布规律有所不同,鳃片间距越大,速度流场受到来自泥沙通道中的泥沙流与清水通道中的清水流影响就越大;鳃片间距越小,分离鳃的沉淀效果越好。以泥沙平均速度和清水平均速度作为考核指标,同时考虑分离鳃内部的流场特性、水沙分离效果与制作分离鳃的成本,则最佳鳃片间距为5 cm。 相似文献
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螺旋流排沙管三维数值模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
涡管排沙以其成本低、效率高等优点而被常常应用于引水明渠的渠首中,但由于涡管尺寸小、流动三维性强等特点,涡管中流动的真实信息很难得到,不利于涡管的优化设计。应用FLUENT软件,以RNG k-ε湍流模型封闭Reynolds方程,SIMPLE算法求解方程组,采用VOF法追踪自由表面,对明渠排沙涡管中流态进行了三维数值模拟,得到了涡管内切向和轴向流速分布的完整信息。分析了水深、排沙涡管开口宽度、涡管直径、涡管与渠道轴线夹角、涡管开口长度和涡管纵向坡度等参数对涡管内流速分布的影响,对于明渠涡管螺旋流排沙设计具有一定的参考意义。 相似文献
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A computational method based on mathematical modeling of steady-state hydraulics is described for improving the accuracy of the float method for estimating open-channel discharge. Both two-dimensional (2-D) and three-dimensional (3-D) velocity distribution model versions were developed for steady-state uniform flow in open channels with rectangular cross-sections. The normal depth of flow was obtained by solving the Chézy equation for uniform flow conditions. Cross-sectional velocity distributions were calculated by solving the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations and an algebraic model for turbulent stresses, without the use of wall proximity corrections to the pressure strain term. The calculated 3-D velocity coefficients were found to be in the same range as previously published United States Bureau of Reclamation (USBR) coefficients, but the results also indicate that the USBR coefficients, which are based solely on average water depth, can be improved by taking into account other hydraulic parameters such as longitudinal bed slope, channel base width, and wall roughness. The mathematical model exhibited considerable sensitivity to initial conditions, boundary condition parameters, and numerical convergence criteria, also manifesting spikes in the calculated surface velocity coefficients for discrete changes in hydraulic parameters. Finally, it was found that the 2-D version of the model is not appropriate for calculating surface velocity coefficients because it does not account for secondary flow in the channel cross-section, and the calculated surface velocity in the center of the cross-section is overestimated. 相似文献
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对壁面粗糙度突增时的明渠紊流特性进行了试验研究。利用三维超声波流速仪,测量了粗糙度突增后,不同水深情况下明渠紊流的水流方向、横向和垂向三维瞬时流速。分析了粗糙度突增对明渠紊流的影响,得到了壁面粗糙度突增后,明渠紊流的时均流速分布特点以及水流方向、横向和垂向紊动强度的沿程变化特点。 相似文献