自然界及工程實(shí)際中的明渠床面均有不同形式與不同尺度的粗糙度,如細(xì)沙床面、卵石河床、植被河床等。對(duì)其流場(chǎng)特性（時(shí)均流速、時(shí)均壓強(qiáng)、雷諾應(yīng)力、紊動(dòng)能等）與總流特性（斷面平均流速、過(guò)流能力、總流能量損失等）的研究均有重要意義。在以往的研究中,流場(chǎng)描述和總流描述之間沒(méi)有建立統(tǒng)一的關(guān)系;同時(shí),不同粗糙尺度條件下的流動(dòng)特性有明顯區(qū)別,需要采用不同的描述方法對(duì)其流場(chǎng)及總流特征量進(jìn)行研究。本文通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬和水槽實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)三種尺度條件下的明渠流進(jìn)行了研究,得到如下成果:1)從粘性不可壓縮流體運(yùn)動(dòng)的理論出發(fā),分別構(gòu)建了層、紊流狀態(tài)下恒定均勻明渠流的總流積分模式,導(dǎo)出了新的總流能量方程,并給出了總流能量損失及糙率系數(shù)與流場(chǎng)特征量（時(shí)均流速、雷諾應(yīng)力等）之間的顯式關(guān)系式。并從機(jī)制上將總流能量損失細(xì)分為分子粘性耗散及維持紊動(dòng)兩部分。2)分別對(duì)層、紊流條件下的小尺度粗糙壁面的明渠流流場(chǎng)及總流特性進(jìn)行了研究。從明渠層流的運(yùn)動(dòng)方程出發(fā),通過(guò)理論分析得到了矩形斷面明渠層流流場(chǎng)及總流能量損失的解析解,成果表明,流速分布和總流能量損失系數(shù)均是斷面寬深比和雷諾數(shù)的函數(shù),且隨寬深比的增加而趨于不變。采用紊流模型對(duì)壁... 

【文章來(lái)源】：武漢大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：138 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２幾種典型粗糙尺度條件下的縱向流速剖面，Ａ為垂向距離，Ｗ１為縱向時(shí)??

Ｓａｎｊｏｕ，?２０１１；吳福生，２００９）。??與前面討論的粗糙床面流動(dòng)相比，植被河床邊界要更加復(fù)雜。典型的植被河??道如圖１．４所示，在河道尺度上，植被是成片狀分布在河道中，由于植被對(duì)水流??的阻擋作用，水流區(qū)與植被區(qū)的流場(chǎng)特性有所不同，相互之間的動(dòng)量交換使得河??道的總流特性有一定變化，表現(xiàn)為總流能量損失與河道的糙率系數(shù)明顯增加。在??前面兩小節(jié)的一系列公式中，描述粗糙元的尺度時(shí)，僅需采用其粒徑相關(guān)參數(shù)（如??當(dāng)量粗糙度，Ａ，和典型級(jí)配粒徑，乃８４等）作為長(zhǎng)度尺度，而植被的特性則復(fù)??雜得多，其主要表現(xiàn)為多尺度特性。具體來(lái)講，在沿水流方向一定長(zhǎng)度，且包含??整個(gè)河道橫斷面這一區(qū)域尺度上，植被特性主要為其片區(qū)分布特征、占據(jù)河道的??阻水率；而在單個(gè)植被片區(qū)內(nèi)（定義為局域尺度），植被特性則包括莖桿的分布，??植被莖桿高度、直徑

Ｓａｎｊｏｕ，?２０１１；吳福生，２００９）。??與前面討論的粗糙床面流動(dòng)相比，植被河床邊界要更加復(fù)雜。典型的植被河??道如圖１．４所示，在河道尺度上，植被是成片狀分布在河道中，由于植被對(duì)水流??的阻擋作用，水流區(qū)與植被區(qū)的流場(chǎng)特性有所不同，相互之間的動(dòng)量交換使得河??道的總流特性有一定變化，表現(xiàn)為總流能量損失與河道的糙率系數(shù)明顯增加。在??前面兩小節(jié)的一系列公式中，描述粗糙元的尺度時(shí)，僅需采用其粒徑相關(guān)參數(shù)（如??當(dāng)量粗糙度，Ａ，和典型級(jí)配粒徑，乃８４等）作為長(zhǎng)度尺度，而植被的特性則復(fù)??雜得多，其主要表現(xiàn)為多尺度特性。具體來(lái)講，在沿水流方向一定長(zhǎng)度，且包含??整個(gè)河道橫斷面這一區(qū)域尺度上，植被特性主要為其片區(qū)分布特征、占據(jù)河道的??阻水率；而在單個(gè)植被片區(qū)內(nèi)（定義為局域尺度），植被特性則包括莖桿的分布，??植被莖桿高度、直徑

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Theoretical analysis and numerical simulation of mechanical energy loss and wall resistance of steady open channel flow[J]. 劉士和,薛嬌.  Journal of Hydrodynamics. 2016(03)
[2]卵石河床中底棲動(dòng)物垂向分布特征及影響因素[J]. 徐夢(mèng)珍,王兆印,潘保柱,趙娜.  清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2014(08)
[3]南水北調(diào)中線工程總干渠糙率綜合論證[J]. 王光謙,黃躍飛,魏加華,吳保生.  南水北調(diào)與水利科技. 2006(01)
[4]混凝土渠道糙率調(diào)研綜述[J]. 曾祥,黃國(guó)兵,段文剛.  長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào). 1999(06)
[5]邊壁加糙對(duì)切變湍流相干結(jié)構(gòu)的作用[J]. 梁在潮,劉士和.  水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展. 1987(02)
[6]明渠和管道中紊流各流區(qū)的統(tǒng)一規(guī)律[J]. 竇國(guó)仁.  水利水運(yùn)科學(xué)研究. 1980(01)

博士論文
[1]含植物明渠水動(dòng)力特性研究[D]. 吳福生.南京水利科學(xué)研究院 2009



本文編號(hào)：2998426