河口海岸潮流速分布模式研究

在沿岸水域尤其是在浅海陆架和近岸区，潮流在水流运动中起着主导的作用，在潮流运动中，近底流速剖面偏离传统的对数分布。根据前人的研究，笔者曾从理论上得到了近底流速分布的对数线性模式。但该模式对近底层的数据要求较高，一般近底1m之内需要四层测量数据，而这些数据在实际应用时很难得到。因此，本文根据潮流运动的表面边界条件将该模式进行扩展研究，使其能适用于传统的六点法测量数据。该扩展模式为对数抛物模式，适用于全水深，是潮流速分布模式。通过长江口和江苏岸外西洋海域两个实例计算分析，并与传统的对数分布模式比较，结果表明该潮流速分布模式在各层数据上都与实测数据具有良好的相关性且物理量z0与u．之间具有更好的一致性和相关性，可应用于河口海岸流速分析研究。     

黄陵庙水文断面垂线流速分布特性研究

  为进一步利用天然河流实测资料检验垂线流速分布的指数与对数规律,采用多普勒剖面流速仪在黄陵庙水文断面中实测的不同垂线与不同流量情况下的瞬时流速资料,计算了时均流速的垂线分布,并与指数和对数流速分布公式计算的结果进行了比较分析。结果表明,黄陵庙水文断面不同垂线水流的时均流速分布符合对数与指数分布规律。然而,在不同水流与边界条件下,其指数公式中的指数大小与对数公式中的有关参数有所不同。通过对黄陵庙水文断面垂线流速分布特性的研究,丰富了对天然河流垂线流速分布规律的认识。     

南黄海辐射沙洲西洋水道垂向流速分布计算研究

利用传统对数分布描述潮流垂向流速分布时,常与现场实测资料有所偏差。考虑到悬沙垂向分布不均造成的水体分层效应,引入水体分层参数对动量传递系数进行修正,将悬沙垂向指数分布公式应用到流速分布计算中,推导出悬沙梯度引起水体分层效应时的垂向流速分布公式。与南黄海辐射沙洲西洋水道实测流速数据的对比分析表明,该分布与实测数据的相关程度明显高于传统对数分布,垂向流速分布结构更加符合实际情况。由于悬沙在水体底层的减阻作用,得到的摩阻流速小于由对数分布得到的摩阻流速,可以真实反映西洋水道内潮流底部的摩阻特性。     

浅海潮流流速剖面参数的相位分析

总结了潮流摩阻流速的确定方法,并根据对江苏岸外西洋海域的实测资料进行了流速剖面参数的计算和相位分析,结果表明：①浅海潮流的摩阻流速要早于平均流速达到最大值;②受潮流海底紊动切应力的影响,底层最大流速到达时间要比上层及表层最大流速稍微提前;③在一个潮周期中,达到最大值的首先是摩阻流速及粗糙长度,然后是流速,最后才是水深。     

声学多普勒流速仪盲区数据处理及其在长江河口区的应用

本文基于边界层理论，在估算声学多普勒流速仪（Acoustic Doppler Current Profiler，简称ADCP）水表和底部的观测盲区流速作了初步探索。根据长江口南港定点观测获取的ADCP潮周期流速剖面数据的分析结果，在涨急和落急阶段整个水层均为边界层，流速剖面呈对数分布。因此，利用卡门-普朗特公式外插，计算ADCP盲区的流速，与在盲区放置的直读式流速仪测得的数据相比，平均相对误差分别为2.3%～2.9%。某些数据点的偏离可能是由于悬沙浓度分布的变化而引起的。     

粗糙圆管进口段紊流边界层发展区的流动特性

本文在流速分布对数律假设下,通过求解动量积分方程获得了粗糙圆管进口段紊流边界层和进口段长度的计算式。当圆管半径R→∞时,即得到粗糙平板紊流边界层的计算式。本文还给出了粗糙圆管紊流边界层和进口段长度的简化计算式,并建议了粗糙圆管平均流速的计算式及流速分布指数n与参数δ/Δ、δ/R的关系式。本文成果对进一步研究流动阻力等问题是很有益的。     

明渠均匀流的摩阻流速及流速分布

在水槽系统上对明渠恒定均匀流进行了系列实验，利用实测流速资料，对明渠均匀流摩阻流速的各种方法（雷诺应力法、对数流速分布法、阻力平衡法等）的计算结果进行了对比，并分析了流速分布。结果表明：（1）利用阻力平衡法计算摩阻流速时应考虑边壁影响；（2）包含尾流函数的对数-尾流公式比单一对数公式可以更好的符合实测数据。用单一对数公式描述垂线流速分布时，应采用较小的Karman常数；（3）现有大量明渠均匀流实测资料中，用常用的Karman常数（x=0．4）时单一对数公式仍可以较好的表示全水深流速分布是因为采用了较大的摩阻流速。     

卵砾石河道摩阻流速计算方法探讨

通过水槽试验,采用6种方法:对数流速分布回归法、外延雷诺应力分布法、三维紊动能法、垂向紊动能法、韩其为经验公式法和拖曳力系数法,计算了卵砾石河床的摩阻流速。以韩其为计算摩阻流速的经验公式为标准,分析了各种方法中参数取值对计算结果的影响及其在不同水力和床面条件下各种方法的适用性。提出了2种可行的计算途径:光滑床面条件下各方法计算摩阻流速所得结果最大均方差为2.15,其中对数流速分布回归法较准确,三维紊动能法计算值普遍偏小;相对粗糙床面条件下各方法计算摩阻流速的结果均方差最大达到8.84,其中对数流速分布回归法和三维紊动能法较准确。     

全值域有定义的对数紊流流速分布公式研究

目前,声学多普勒流速剖面仪垂线流速盲区插补只能采用指数流速分布、常数流速分布两种模式,而对数紊流流速分布公式是基于动量传递理论推导出的垂线流速分布公式,该公式因在边界处(y=0)没有定义而应用不便。基于此,从天然河道的河床是由泥沙组成的非固定边界的实际出发,提出在边界面上液体质点仍然存在混掺运动的假设,借助动量传递理论推导出全值域有定义的对数紊流流速分布公式。并且采用宜昌水文站4条实测垂线流速对公式进行拟合验证。结果表明：该公式拟合得到的误差有正有负,最大误差为-3.66%,精度符合水文资料整编规范要求。推导出的公式在垂线水深的所有值域内有定义,该公式可为声学多普勒流速剖面仪垂线流速盲区插补提供一种思路。     

壁面粗糙度突变对明渠流速分布的影响

应用激光测速仪在矩形水槽中实测了光滑和粗糙底板以及粗糙度突变情况下的时均流速分布，根据实测资料分析了粗糙度突变以后流速在内区和外区沿程变化情况，得到粗糙度改变后发展过程中的紊流，其流速在黏性底层区比粗糙度改变前和充分发展的紊流小，而在对数律区其流速增长最快。对y／H〉0．2的外区，发展中的紊流与充分发展的紊流在外区流速分布有明显的不同，其不同表现可从尾流强度系数П看出，П值变化从负值到正值，当形成新的均匀流后П值趋于常数。     

Evaluation of the Logarithmic Law of the Wall for River Flows

The logarithmic law of the wall is commonly used to determine the shear stress applied to the river bed by the flow field. The shear stress calculation requires a velocity profile at the location of interest—data that can be obtained with a boat‐mounted acoustic Doppler current profiler (ADCP). ADCP survey procedures use either a fixed‐vessel (FV) or moving‐vessel (MV) with each providing different spatial and temporal resolution. MV procedures require significantly less field effort but the data lack the temporal resolution of FV measurements. This fact has motivated investigators to seek MV procedures and analysis techniques that provide equivalent results to FV measurements. This study compares results of the two survey procedures for depth‐averaged quantities (velocity and flow direction), mean velocity profiles, shear velocity and equivalent sand grain roughness. Mean velocity profiles are produced by time averaging for the FV measurements and spatial averaging for the MV measurements. Shear velocity and equivalent sand grain roughness are determined using simple linear regression applied to the logarithmic law of the wall. These procedures are demonstrated using data obtained during bankfull flow on the lower Roanoke River, North Carolina, USA. The results indicate comparable estimates of depth‐averaged quantities from both survey procedures. Estimates of the mean velocity profiles were found to be more variable. The agreement for shear velocity and equivalent sand grain roughness was generally poor indicating that further work is necessary to produce comparable results with MV survey procedures. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

河口海岸潮流速分布研究进展

总结了在水流加减速作用、水流密度和悬沙浓度造成的水流分层、地形变化、风、波浪、底沙等因素影响下国内外河口海岸潮流速分布研究现状。分析了现有潮流速分布模式及修正模式存在的问题,指出潮汐水流垂向结构的研究关键是潮流剪切应力垂线分布公式的合理性;对潮流速分布模式进行了研究展望。     

感潮河段底床阻力特性分析

为更好地了解长江感潮河段的底床阻力特性,在实测资料的基础上,结合流速对数分布的假设及谢才公式和曼宁公式给出了适合长江梅子洲河段(感潮河段)糙率的计算公式,并将公式加入到二维有限元水动力数学模型HSCTM中。数值计算的水位、流速及流场均显示了糙率公式的合理性;从尼库拉兹实验出发结合希夫林松的阻力公式从理论上探讨了摩阻流速和糙率高度之间的关系,并采用长江感潮河段的实测资料印证了两者之间存在间接的线性关系。     

明渠含沙水流的垂线流速分布特性研究

 为了进一步研究明渠中含沙水流的垂线流速分布规律,在水槽系统中对明渠恒定均匀含沙水流进行了系列试验,利用实测流速资料,计算分析了时均流速的垂线分布。结果表明：在宽深比比较小的明渠中对最大流速点修正的对数公式可以很好地符合实测数据;水槽中心位置的卡门常数要比其边壁附近的小;卡门常数随着含沙量的增加而减小。通过对明渠含沙水流垂线流速分布特性的研究,增强了对明渠含沙水流垂线流速分布规律的认识。     

壅水条件下水流阻力试验研究

壅水条件下的水流阻力及输沙特性,在水利工程的应用中占有十分重要的位置。对壅水条件下河道开展概化水槽试验,采用声学多普勒测速仪ADV对水流流速进行了测量,并对壅水条件下水流阻力和床面切应力等进行了分析。结果表明壅水条件下,水流流速沿垂线分布较均匀流条件下更加均匀,当壅水程度越大时,水流流速沿垂线分布越均匀,且流速分布大致上仍服从对数率分布;壅水条件下,随着水深的增大,摩阻流速不断减小;壅水条件下河道水流阻力系数随着非均匀系数及水力半径的增大而增大;引入壅水程度指标,并拟合得到了床面切应力随壅水程度指标的变化关系式。成果可为壅水条件下水流结构特征及输沙规律的研究提供参考。     

单边突扩浅水回流水流结构研究

试验资料表明,回流段流速及底部切应力横向分布沿流向呈自相似性。根据相似原理,水深平均方程可化为常微分方程,经求解获得了无量纲速度剖面公式。验证表阴,速度剖面公式不仅适用于垂线平均流速剖面,而且也适用于沿水深各流层速度剖面。利用速度剖面公式计算的垂线平均流速场与实测值符合较好。拟合了无量纲切应力剖面公式,探讨了主回流区阻力分布规律。 此外,还分析了影响回流长度的因素,建立了回流长度经验公式。     

柔性壁对湍流边界层速度型的变形影响

本文从稳定性的观点出发，研究了粘弹性柔性壁对湍流边界层的影响。由柔性壁边办层稳定性问题的特征值计算结果发同，原刚性充边界层的速度型导致流固耦合系统不稳定，对数区上移后的边界层速度型却可以使耦合系统稳定，这说明，在没有水动力学不稳定发生的情况下，柔性壁会使湍流边界层中速度型的对数区上移。