光滑壁面明渠紊流壁面切应力的研究

摘要

本文在分析用Preston管量测的实验资料基础上，对比了光滑壁面明渠均匀流和非均匀流的底壁切应力在不同水力条件下的规律，探讨了断面中心处底壁切应力、平均底壁切应力和切应力的分布等几个切应力公式在两种不同流动类型下的适用性，指出非均匀流与均匀流的切应力特性存在差异。 首先，通过实验研究分析了断面中心处底壁切应力。均匀流时，切应力在同一坡度下随流量的增加而增大，在同一流量下随坡度的增加而增大。非均匀流时，在相对水深相同时，其相对底壁切应力大致相同。本文分别在缓坡和陡坡下，拟合了相对水深与相对底壁切应力的关系曲线；在M<,1>型非均匀流和S<,1>型非均匀流下，拟合了弗劳德数与底壁切应力的关系曲线。 其次，研究了计算断面中心处底壁切应力、平均底壁切应力和切应力沿宽度分布等几个经验公式在均匀流与非均匀流下的不同适用性，得出将均匀流基本方程和用此方程推导的公式运用于明渠非均匀流时，应考虑其适用性。 再次，通过实验研究了底壁切应力横向分布规律。切应力沿宽度以中心线呈对称分布，中间切应力略小，靠近边壁的切应力相对较大，说明边壁对切应力有一定的影响。 最后，本文研究了几种不同的计算摩阻流速方法，得出均匀流时，各种计算方法所得结果比较接近，非均匀流时所得结果有一定偏差。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1问题的提出及意义

1.2明渠紊流特性的研究历史与现状

1.2.1明渠紊流的分区结构与流速分布

1.2.2明渠紊流的紊动特性

1.3明渠紊流边界切应力研究综述

1.3.1计算边界切应力的公式

1.3.2边壁对底壁切应力的影响

1.3.3边界切应力横向分布方程

1.4水力学中关于明渠水流的分类

1.4.1均匀流与非均匀流

1.4.2非均匀渐变流水面曲线分析

1.5本文研究的主要内容

第二章壁面切应力的量测方法

2.1壁面切应力量测方法概述

2.1.1直接量测

2.1.2间接测量

2.2本文采用的量测方法

第三章光滑壁面明渠断面中心处底壁切应力的实验研究

3.1实验设备和实验方法

3.2实验数据分析

3.3实验成果分析与讨论

3.3.1经验公式

3.3.2均匀流实验数据和经验公式的对比

3.3.3非均匀流实验数据和经验公式的对比

3.4底壁切应力特性

3.4.1均匀流

3.4.2非均匀流

3.5明渠中随着流量增大切应力的变化规律

第四章底壁切应力分布的实验研究

4.1实验设备和实验方法

4.2底壁平均切应力

4.2.1前人研究经验公式

4.2.2实验结果

4.3底壁切应力沿宽度分布规律

4.3.1切应力沿宽度的分布

4.3.2最大切应力与中心处切应力的相对关系

第五章光滑壁面明渠摩阻流速的研究

5.1摩阻流速的量测方法

5.2均匀流实验结果分析与比较

5.3非均匀流实验结果分析与比较

5.3.1缓坡

5.3.2陡坡

5.3.3小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2有待进一步研究的问题

参考文献

致谢