河道水流的特性ppt課件(編輯修改稿)
2025-06-01 01:36 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 三、河流水文特征 167。 12 河道水流的運(yùn)動結(jié)構(gòu) 一、 河道水流的基本特性 河道水流是在河谷地質(zhì)、地貌與水文條件的作用下而構(gòu)成它的特性的，人為因素也可能給予程度不同的影響。這種基本特性可以概括為以下幾點(diǎn)。 ? （ 1） 河道水流的 二相特性 天然河流屬于挾帶泥沙的兩相明渠流 ? （ 2） 河道水流的 三維性 過水?dāng)嗝娌灰?guī)則，寬深比越小，三維性越強(qiáng) ? （ 3） 河道水流的 不恒定性 一是來水來沙隨時(shí)空變化，二是河床演變，河道邊界隨時(shí)空變化，兩者相互依存，制約和相互促使變化發(fā)展。 ? （ 4） 河道水流的 不均勻性 河道水流的非恒定性致使不均勻性，順直河道，河床沖淤相對平衡，水流基本穩(wěn)定，過水?dāng)嗝嫜爻套兓^小時(shí)可當(dāng)作均勻流處理。 167。 12 河道水流的運(yùn)動結(jié)構(gòu) 二、 河道水流的 紊動特征 ? 在水力學(xué)中將流體運(yùn)動狀態(tài)區(qū)別為紊流和層流兩大類型。在紊流中又分為光滑區(qū)、粗糙區(qū)（或阻力平方區(qū) )，以及介學(xué)三者之間的兩個(gè)過渡區(qū)。 ? 河道水流普遍具有較大的雷諾數(shù)， 從工程觀點(diǎn)來看，河道水流一般居于 紊流 阻力平方區(qū)。 ①流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動極不規(guī)則，流場中各種流動參數(shù)的值具有脈動現(xiàn)象。 ②由于脈動的急劇混摻，流體動量、能量、溫度以及含有物的濃度的擴(kuò)散速率較層流為大。 ③紊流是有渦流動，并且具有三維特征。 （ 2）紊流的主要特征 1883年， ，并于 1894年推導(dǎo)出索流時(shí)均流動的基本方程 ——雷諾方程式。 20世紀(jì) 20年代以來，發(fā)展了各種 半經(jīng)驗(yàn)理論 和各種紊流模型，從而對紊流問題可進(jìn)行定量的分析。 從 30年代起，紊流統(tǒng)計(jì)理論，特別是 得到了發(fā)展； 40年代蘇聯(lián)的 。 50年代中國的周培源對于均勻各向同性紊流提出了旋渦結(jié)構(gòu)理論；同時(shí)，紊流的試驗(yàn)研究使人們對紊流的性質(zhì)也有了進(jìn)一步的了解。 60年代以后，氫泡法、高速攝影等量測技術(shù)的使用更進(jìn)一步揭示了紊流機(jī)理；電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用也使量測數(shù)據(jù)處理簡易化，從而對紊流的起源、紊流的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有了深入的認(rèn)識。對壁面紊流的起源提出了 猝發(fā)現(xiàn)象 的圖形。 （ 3）紊流理論發(fā)展 167。 12 河道水流的運(yùn)動結(jié)構(gòu) 一、 河道水流的 紊動特征 （ 1）紊流的形成條件 （ 2）紊流發(fā)生的物理過程 猝發(fā)現(xiàn)象是紊流得以發(fā)生和賴以維持的物理過程 在流動穩(wěn)定的情況下，即使產(chǎn)生明顯的擾動，也將被衰減，因而流動并不會從層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鳌? 當(dāng)流動失去穩(wěn)定，在壁面邊界層流中，猝發(fā)現(xiàn)象將導(dǎo)致層流到紊流的轉(zhuǎn)變，并提供維持紊流運(yùn)動所需要的大部分能量。 （ 2）紊流發(fā)生的物理過程 在靠近固體壁面的粘性底層中，在平面上具有順流向的高速帶和低速帶相間形成的帶狀流動結(jié)構(gòu) （ 2）紊流發(fā)生的物理過程 在低速帶向下游流動的過程中，其下游頭部常緩慢上舉，低速帶與固體壁面間距離逐漸增大，低速帶與固體壁面之間產(chǎn)生橫向漩渦。 ? ?a??b二維平均流的渦絲 湍流擾動使渦絲變形 馬蹄渦（發(fā)夾渦） （ Hairpin vortex） 橫向漩渦在向下游運(yùn)行的過程中發(fā)生變形，形成馬蹄形渦，或 U形渦。馬蹄形渦的頭部由于渦旋的誘導(dǎo)作用隨著向下游運(yùn)動而逐漸上舉。 平均流的拉伸使渦量加強(qiáng) 馬蹄渦（發(fā)夾渦） （ Hairpin vortex） 上舉后由于流場中上部流速大，馬蹄形渦受到拉伸作用而變形。馬蹄形渦的拉伸和變形使得最終在流場中產(chǎn)生復(fù)雜的渦量場。 馬蹄形渦的上舉最終形成底部低流速流體向上層高流速流動區(qū)的噴射。低速流體向上噴射將伴隨上層高速流體向下層俯沖而沖入形成清掃。 噴射和清掃形成流體內(nèi)部剪切層，使斷面瞬時(shí)流速呈現(xiàn)相當(dāng)復(fù)雜的狀況。 雷諾應(yīng)力大部分由猝發(fā)在約 25％時(shí)間產(chǎn)生 氫氣泡(渦絲 ) 馬蹄渦 上拋ejection Kline實(shí)驗(yàn) (1967) 下掃sweep 猝發(fā)bursting 再現(xiàn) 由馬蹄形渦的形成、發(fā)展到形成噴射和清掃，整個(gè)過程稱為猝發(fā)現(xiàn)象 邊界層猝發(fā)過程的流速分布 上拋 上拋 下掃 下掃 )/( smu )/( smv（ 3）紊動大小的表達(dá) 紊動切應(yīng)力 由于渦漩混摻引起質(zhì)點(diǎn)動量交換而產(chǎn)生脈動流速及相應(yīng)紊動切應(yīng)力，也稱附加切應(yīng)力。 表達(dá)形式 1： 式中， 是指空間某點(diǎn)瞬時(shí) 和 在某時(shí)段的時(shí)均值。 ； 式中， 為瞬時(shí)值， 為時(shí)均值， 為 X方向的脈動流速 yxuu ?? xu? yu?xxx uuu ??? y
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