超聲觀測(cè)縱向隔離度的實(shí)驗(yàn)研究

超聲觀測(cè)縱向隔離度的實(shí)驗(yàn)研究

1紊動(dòng)強(qiáng)度與流速、流速梯度的定量關(guān)聯(lián)根據(jù)現(xiàn)有的研究，擾動(dòng)強(qiáng)度沿垂直線通常遵循以下規(guī)律：自表層以來(lái)，擾動(dòng)強(qiáng)度沿垂直線逐漸增加，在近壁處達(dá)到最大值，然后逐漸降低。我們?cè)鶕?jù)率定槽孔口出流流速均勻分布、紊動(dòng)強(qiáng)度接近零等事實(shí)分析得出紊動(dòng)強(qiáng)度與當(dāng)?shù)亓魉俸土魉偬荻扔兄苯拥穆?lián)系;并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果初步建立了紊動(dòng)強(qiáng)度與流速、流速梯度的定量經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。分析文獻(xiàn)建立的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式及實(shí)驗(yàn)資料可以發(fā)現(xiàn):紊動(dòng)強(qiáng)度的確與當(dāng)?shù)亓魉?、流速梯度有本質(zhì)的聯(lián)系,但所建立的關(guān)系式中系數(shù)隨不同含沙量、甚至不同流動(dòng)條件而變化說(shuō)明該經(jīng)驗(yàn)關(guān)系還未能全面反映流速、流速梯度對(duì)當(dāng)?shù)匚蓜?dòng)強(qiáng)度的影響。2水流實(shí)驗(yàn)裝置采用超聲多普勒流速儀(MicroADV)在活動(dòng)玻璃水槽中進(jìn)行了挾沙水流實(shí)驗(yàn)。水槽長(zhǎng)33m,寬和深均為0.5m,水槽坡度的變化范圍為0%～1%。實(shí)驗(yàn)采用黃河花園口的淤泥。除了表1所列出的實(shí)驗(yàn)資料外,還收集了采用激光流速儀、應(yīng)變式紊動(dòng)流速儀觀測(cè)的實(shí)驗(yàn)資料,并結(jié)合進(jìn)行了分析。3進(jìn)一步分析了干擾強(qiáng)度與速度和速度之間的關(guān)系3.1摻長(zhǎng)的物理含義文獻(xiàn)指出,從流速沿垂線分布和摻長(zhǎng)沿垂線分布的一致性可以推斷,流速與摻長(zhǎng)之間存在著某種聯(lián)系,進(jìn)一步分析認(rèn)為摻長(zhǎng)實(shí)際上具有流速的物理含義。因此可以假定因此紊動(dòng)強(qiáng)度與流速、流速梯度的關(guān)系函數(shù)可以寫成將du/dy換成無(wú)量綱的du/dζ,即式(2)可以改寫為根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合比選,最終確定紊動(dòng)強(qiáng)度與流速、流速梯度之間的關(guān)系為圖1給出了不同儀器實(shí)際觀測(cè)結(jié)果與式(5)的比較。3.2資料系數(shù)k的變化范圍根據(jù)收集整理的實(shí)驗(yàn)資料,如表2所示,不同儀器、不同含沙量實(shí)驗(yàn)組次,式(5)中的系數(shù)k是變化的。從圖2可以看出,系數(shù)k首先隨含沙量的增加而減小,在含沙量接近100kg/m3時(shí)出現(xiàn)最小值;然后又隨著含沙量的增加而增大。在本文中,將紊動(dòng)強(qiáng)度與流速、流速梯度關(guān)系修正以后,系數(shù)k的變化范圍明顯減小,這一方面說(shuō)明式(5)的合理性;另一方面,可以采用上述資料系數(shù)k的平均值取代式(5)中的k。即式(5)寫成3.3配方2,符合以最大限度地降低雙千萬(wàn)分表型垂向紊動(dòng)強(qiáng)度沿垂線的分布與縱向紊動(dòng)強(qiáng)度類似,即自水面向下紊動(dòng)強(qiáng)度沿垂線逐步增加,在近壁處達(dá)到最大值,然后逐漸減小。圖3給出了垂向紊動(dòng)強(qiáng)度沿垂線分布的情形。從圖3可以看出,垂向紊動(dòng)強(qiáng)度與流速、流速梯度的關(guān)系也可以寫成如式(5)的形式根據(jù)激光流速儀和超聲流速儀的觀測(cè)結(jié)果,可以確定系數(shù)kz,則式(7)可以寫成圖3中同時(shí)給出了式(7)的計(jì)算曲線,可以看出經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式較符合實(shí)際情況。4分析最大擾動(dòng)強(qiáng)度位置的確定4.1y/h0.33將比較真實(shí)反映摻長(zhǎng)的王志德流速分布公式代入式(5)得其中κ為卡曼常數(shù);umax為最大流速,u*摩阻流速;α為常數(shù),其值等于1.53;η=1-y/h。根據(jù)表達(dá)式估計(jì)紊動(dòng)強(qiáng)度沿垂線分布如圖4所示,從圖可以看出,在y/h≥0.03時(shí),計(jì)算值與實(shí)測(cè)值符合程度很高,但在y/h≤0.03偏差較大,且隨著y/h的減小而增大。令dσdζ=0dσdζ=0化簡(jiǎn)得通過(guò)數(shù)值計(jì)算發(fā)現(xiàn),不管參數(shù)umax,u*及κ(u為王志德流速公式中的u,包含參數(shù)umax,u*,κ及η)如何變化,方程(10)存在內(nèi)關(guān)于η的解,即說(shuō)明沿垂線確實(shí)存在紊動(dòng)強(qiáng)度最大值。4.2大2.4特征參數(shù)實(shí)驗(yàn)對(duì)最大流速、卡曼常數(shù)、摩阻流速影響最大紊動(dòng)強(qiáng)度位置進(jìn)行了數(shù)值實(shí)驗(yàn)(見(jiàn)圖5,6,7)。必須強(qiáng)調(diào)的是:圖中只是數(shù)值實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,沒(méi)有考慮這三個(gè)因素間的關(guān)系。5垂向生長(zhǎng)強(qiáng)度與流速的相關(guān)性流速及流速梯度的確是影響水流紊動(dòng)的關(guān)鍵因素,式(5)的形式可