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《沙紋床面渦量特性實驗研究.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第46卷第23期人民長江Vo1．46．No．232015年12月YangtzeRiverDeC．。2015文章編號：1001—4179(2015)23—0064—05沙紋床面渦量特性實驗研究張向東，蔡瓊，厲凱，唐立模4(1．寧波市水利工程質(zhì)量與安全監(jiān)督站，浙江寧波315016；2．寧波市農(nóng)村水利管理處，浙江寧波3l50163．江西省水利規(guī)劃設計院，江西南昌330000；4河海大學水利水電學院，江蘇南京210098)摘要：沙紋的形成與水流流態(tài)密切相關，但對于其相互關系至今尚無確定的結(jié)論。采用PIV(ParticleImageVelocimetry)測量設備對沙紋床面水流特性及渦量特性
2、進行了實驗研究。通過對平床與沙紋床面渦量場的比較，得到了沙紋床面的渦量分布區(qū)域。結(jié)果表明，渦量較大值主要集中在沙紋的背水坡面與迎水坡帶，之外區(qū)域渦量值約為零。結(jié)論對研究沙紋的形成有積極意義。關鍵詞：渦量特性；PIV；紊動作用；沙紋床面中圖法分類號：TV142文獻標志碼：ADOI：10．I6232／i．cnki．1001—4l79．2015．23．0151研究背景其分布規(guī)律。2實驗裝置及流場驗證床面形態(tài)與水流的流態(tài)密切相關。對應于定床水流的緩流、臨界流、急流3種情況，可以將動床水流流PIV的流場測試原理是將兩幅圖像的粒子進行一態(tài)與床面形態(tài)相聯(lián)系進行分類，從低能態(tài)流區(qū)到高能定的相關性運
3、算，得到流場矢量圖。根據(jù)實驗條件對態(tài)流區(qū)依次為：沙紋、沙壟、平整床面、逆行沙壟和激光的強度和脈沖時問進行設置，照亮水中的PIV粒駐波、急灘與深潭。當流動變?yōu)殡p向流(即潮汐流)，子，并捕獲相關圖片，進而得到流場信息。PIV或是水面存在波動條件，亦或是二者的疊加，床面形態(tài)實驗系統(tǒng)的構(gòu)造和布置見圖1—2。測試斷面為沿水變化更為復雜而且多樣I3。水流會導致沙波的出流方向、平行水槽邊壁的縱向剖面。圖3是沙紋床面現(xiàn)，沙波又反過來影響水流結(jié)構(gòu)，具體表現(xiàn)為沙波的消條件下的粒子運動示意圖。為了高效地使用PIV測試長與水流結(jié)構(gòu)變化。因此，通過研究水流與床面相互系統(tǒng)，得到合理、真實的流場信息，實驗前對P
4、IV系統(tǒng)作用可以了解河流的運動和發(fā)展。進行合理地布置、調(diào)試、標定”。。圖4為實驗中所采對沙紋床面下的水流運動，前人做了大量的研究用的二維概化沙紋床面¨，波高1．5cm，迎水面波工作，但大多數(shù)是從速度場的角度進行分析，未能長14cm，背水面長度2cm。實驗中PIV參數(shù)設置見從渦量場的分布特性出發(fā)進行研究。為了描述河床形表1。所采用的實驗水流條件見表2。順水流方向為態(tài)的發(fā)展、變化，不少研究者試圖從理論上建立動力學軸，垂直水槽壁面為】，軸，垂直水槽底板為z軸。或運動學控制方程，因其理論體系或邊界條件目前還CCD(Charged—coupledDevice)相機標定的原則不完善，聯(lián)立求解水
5、流和床面泥沙的運動方程有較大是：在相機的焦距范圍內(nèi)盡量使所要拍攝區(qū)域的畫質(zhì)難度。與單點測量設備相比，PIV測量系統(tǒng)可以清晰。通常做法是，首先確定所需要測試(拍攝的)斷快速得到瞬時的、不受干擾的、全面的流場信息。因面的位置，在該處直立放置一把直尺，調(diào)節(jié)相機的焦此，本文通過PIV儀器來研究沙紋床面的渦旋運動及距，得到直尺刻度的清晰圖像。通過讀取標尺與相機收稿日期：2015—06—19基金項目：國家自然科學基金資助項目(50909036)；水文水資源及水利工程學科國家重點實驗室基本科研業(yè)務費用自主研究項目(20l1585712)作者簡介：張向東，男，工程師，博士，主要從事泥沙運動力學方面
6、的研究。E—mail：317990830@qq．corn68人民長江2015芷限制作用，渦量值也為零。具體見圖11。上就是顏色的均勻分布。參考文獻：【lJSimonsDB．，RichardsonEV．Formsofbedroughnessinalluvialchannels[J]．J．HydraulDiv．，ASCE，l961，87(3)：87—1O5．[2]VanderWerf，Jj，DoueetteJS，ODonoghue，T，etalDetailedmeasurementsofvelocitiesandsuspendedsandconcentrationsoverfull—s
7、calerippleinregularoscillatoryflow[J]．JournalofGeophysicsResearchEarthSurface，2007，l12(E2)：1059—1101[3]VanderWerfJJ，MagarV，Malarkey．f，eta1．2DVmodelingofsedi—menttransportprocessesoverfull—scaleripplesinregularasymmetricmoscillatoryflow[
