基于PIV實驗的明渠非恒定流摩阻特性研究.pdf

1、天然河道中的水流通常都是非恒定流，近年來，河道非恒定問題日益突出。隨著水利開發(fā)建設步伐加快，電子計算機技術的發(fā)展，數(shù)學模型和物理模型在非恒定流的研究中得到了很大程度的發(fā)揮。而由于明渠非恒定流本身較為復雜，受測量手段的限制，對明渠非恒定流的很多特性方面的研究一直未能有較大的突破。研究底床的摩阻特性對于了解明渠水流的動力特性顯得特別重要，對正確的掌握流速垂線分布規(guī)律及明渠非恒定流傳播特性、水利學科的發(fā)展以及港口、航運及城市防洪等實際問題的解

2、決，都有重要的理論和工程意義。
　　為探討明渠非恒定流的摩阻特性，本文以PIV實驗為基礎，采用流速剖面法和傳統(tǒng)的流速對數(shù)分布模式結合最小二乘法確定摩阻流速和粗糙高度。分析了恒定流與非恒定流粗糙高度、摩阻流速和阻力系數(shù)三者的變化規(guī)律，并探討兩者之間的關系，得到主要研究結論如下:
　　(1)在非恒定流的漲水段，隨著時間的推移粗糙高度z0隨之減小;在落水段，粗糙高度z0隨著時間的推移而增大。
　　(2)非恒定流摩阻流速u*在

3、周期內先增大后減小，與粗糙高度的變化情況剛好相反。
　　(3)恒定流與非恒定流每斷面垂線分布的z0和u*變化情況都具有良好的一致性。與恒定流對比，非恒定流的兩個參數(shù)曲線的曲折程度要高于恒定流，粗糙高度和摩阻流速變化具有更明顯的一致性。
　　(4)恒定流與非恒定流的粗糙高度z0和摩阻流速u*之間成良好的線性關系。但非恒定流的線性關系更為突出。
　　(5)不論是恒定流還是非恒定流，阻力系數(shù)都隨著層數(shù)的增加，水位的增大而減小