明渠湍流涡运动尺度分布特性

张鹏; 杨胜发; 胡江; 陈阳; 幸韵

doi:10.14042/j.cnki.32.1309.2015.01.012

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明渠湍流涡运动尺度分布特性

张鹏, 杨胜发, 胡江, 陈阳, 幸韵

文章导航 > 水科学进展 > 2015 > 26(1): 91-98

张鹏, 杨胜发, 胡江, 陈阳, 幸韵. 明渠湍流涡运动尺度分布特性[J]. 水科学进展, 2015, 26(1): 91-98. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.01.012

引用本文:

张鹏, 杨胜发, 胡江, 陈阳, 幸韵. 明渠湍流涡运动尺度分布特性[J]. 水科学进展, 2015, 26(1): 91-98. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.01.012

ZHANG Peng, YANG Shengfa, HU Jiang, CHEN Yang, XING Yun. Distribution of motion scales of vortices in turbulent open channel flow[J]. Advances in Water Science, 2015, 26(1): 91-98. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.01.012

Citation:

ZHANG Peng, YANG Shengfa, HU Jiang, CHEN Yang, XING Yun. Distribution of motion scales of vortices in turbulent open channel flow[J]. Advances in Water Science, 2015, 26(1): 91-98. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.01.012

明渠湍流涡运动尺度分布特性

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.01.012

张鹏^1,2,
杨胜发^1,2,
胡江^1,2,
陈阳^1,2,
幸韵^1,2

1.
重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心, 重庆 400074;
2.
重庆交通大学河海学院, 重庆 400074

基金项目: "十二五"国家科技支撑计划资助项目(2012BAB05B03);交通运输部应用基础研究项目(2014329814310)

详细信息

作者简介:
张鹏(1987-),男,重庆人,博士研究生,主要从事水力学及河流动力学研究。E-mail: zhangpengcquc@139.com

中图分类号: TV131

Distribution of motion scales of vortices in turbulent open channel flow

ZHANG Peng^1,2,
YANG Shengfa^1,2,
HU Jiang^1,2,
CHEN Yang^1,2,
XING Yun^1,2

1.
National Inland Waterway Regulation Engineering Research Center, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China;
2.
School of River & Ocean Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China

Funds: The study is financially supported by the National Key Technologies R&D Program of China during the 12th Five-year Plan Period (No.2012BAB05B03) and the Basic Research for Applications of Ministry of Transport (No.2014329814310).

摘要: 为了解明渠湍流涡运动尺度沿水深的分布特征,使用高精度粒子图像测速法水槽试验系统测量充分发展的明渠湍流,利用改进后的功率谱分析方法,对明渠湍流涡运动尺度沿水深分布、上升流、下扫流和平均涡量等进行了分析。结果表明:明渠湍流涡运动尺度大小沿水深增加呈先增大后减小;沿水深增加下扫流比上升流更容易发生;各自水深的顺向涡涡量大于逆向涡涡量,在近壁区平均涡量最大;明渠湍流近壁区产生涡量大、尺度小的涡结构,沿水深增加,涡尺度发展变大,但受水面区下扫流抑制,涡尺度又变小。
- 明渠 /
- 湍流 /
- 涡尺度 /
- 功率谱 /
- 上升流 /
- 下扫流
Abstract: To understand the distribution of motion scales of vortices in turbulent open channel flow along water depth. A flume experiment system based on high-resolution particle image velocimetry (PIV) was applied to measure fully developed turbulent open channel flow. Meanwhile, the distribution of motion scale of vortices in turbulent open channel flow along water depth, upwelling, sweep down flow and average swirling strength etc. were analyzed using improved power spectrum estimation. The results indicate that the motion scale of vortices in turbulent open channel flow first increases and then decreases along the water depth. The sweep down flow is more prone than upwelling along the water depth. The swirling strength of prograde vortex is larger than that of ret-rograde vortex at respective water depth. The swirling strength of near-wall region is the greatest. Vortices featured by great swirling strength and small scale occur in the near-wall region, then, the vortex scale becomes greater along the water depth, while it decreases under the inhibitory effect of sweep down flow in surface area.
- open channel /
- turbulent flow /
- vortex scales /
- power spectrum /
- sweep down flow /
- upwelling

[1]	王永强, 胡春宏, 张鹏, 杨胜发, 胡江, 李文杰. 三峡库区黄花城河段环流结构与涡尺度特征初探 . 水科学进展, 2022, 33(2): 253-263. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2022.02.009
[2]	张英豪, 赖锡军, 唐彩红. 单向明渠流与波浪作用下植被对水沙运动影响研究综述 . 水科学进展, 2021, 32(2): 309-319. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.02.016
[3]	闫静, 王晓丽, 陈红, 余洋, 林青炜. 淹没植物条件下明渠KH涡的垂向几何尺度和频率 . 水科学进展, 2021, 32(5): 770-779. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.05.012
[4]	赵汗青, 唐洪武, 闫静, 戴会超, 刘志武. 淹没植物明渠床面冲淤及其对水流运动的影响 . 水科学进展, 2021, 32(2): 250-258. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.02.010
[5]	陆彦, 周倪凯, 陆永军. 不同渗流强度对明渠水流结构影响的试验研究 . 水科学进展, 2018, 29(2): 230-235. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.010
[6]	杨胜发, 张鹏, 胡江, 李文杰, 陈阳. 明渠均匀流Q结构分布及运动特性 . 水科学进展, 2016, 27(3): 430-438. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.03.011
[7]	王浩, 李丹勋, 陈启刚, 王兴奎. 基于图像处理的明渠紊流近壁区条带结构试验 . 水科学进展, 2015, 26(2): 257-264. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.02.014
[8]	闫文辉, 张常贤, 陈宁宁, 高歌. 用Gao-Yong湍流方程组数值模拟高雷诺数顶盖驱动方腔流 . 水科学进展, 2008, 19(3): 428-433.
[9]	王文全, 张立翔, 郭亚昆, 闫妍. 弯曲槽道边壁振动情况下湍流特性的大涡模拟 . 水科学进展, 2008, 19(5): 618-623.
[10]	刘春晶, 李丹勋, 曲兆松, 王兴奎. 过渡区动床明渠流的流速分布 . 水科学进展, 2006, 17(1): 49-54.
[11]	褚克坚, 华祖林, 王惠民, 邢领航, 张鸿星. 明渠剪切分层流垂向扩散特性试验研究 . 水科学进展, 2005, 16(1): 13-17.
[12]	陈永灿, 朱德军. 梯形断面明渠中纵向离散系数研究 . 水科学进展, 2005, 16(4): 511-517.
[13]	唐学林, 钱忠东, 吴玉林. 二阶双系数动态亚格子应力模型 . 水科学进展, 2004, 15(1): 50-55.
[14]	储训, 牛权. 拟序结构下空泡近壁区运动规律研究 . 水科学进展, 2004, 15(3): 291-295.
[15]	李炜, 姜国强, 张晓元. 横流中圆孔湍射流的旋涡结构 . 水科学进展, 2003, 14(5): 576-582.
[16]	武道吉, 张永吉, 李圭白, 谭风训. 湍流混合动力学机理研究 . 水科学进展, 2003, 14(6): 706-709.
[17]	李玲, 李玉梁. 应用基于RNG方法的湍流模型数值模拟钝体绕流的湍流流动 . 水科学进展, 2000, 11(4): 357-361.
[18]	程永光, 索丽生. 计算明渠非恒定流的一个Lattice BGK模型 . 水科学进展, 2000, 11(4): 362-367.
[19]	杨志峰, 周雪漪, 许协庆. 潮汐环境中垂向湍射流流场的数值模拟 . 水科学进展, 1993, 4(1): 23-29.
[20]	王兆印, 黄金池, 刘树棠. 高含沙分层流的试验研究 . 水科学进展, 1992, 3(2): 96-103.

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明渠湍流涡运动尺度分布特性

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.01.012

1. 重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心, 重庆 400074;

2. 重庆交通大学河海学院, 重庆 400074

基金项目: "十二五"国家科技支撑计划资助项目(2012BAB05B03);交通运输部应用基础研究项目(2014329814310)

作者简介:
张鹏(1987-),男,重庆人,博士研究生,主要从事水力学及河流动力学研究。E-mail: zhangpengcquc@139.com

收稿日期: 2014-06-26
刊出日期: 2015-01-25

中图分类号: TV131

关键词:

明渠 /

湍流 /

涡尺度 /

功率谱 /

上升流 /

下扫流

摘要: 为了解明渠湍流涡运动尺度沿水深的分布特征,使用高精度粒子图像测速法水槽试验系统测量充分发展的明渠湍流,利用改进后的功率谱分析方法,对明渠湍流涡运动尺度沿水深分布、上升流、下扫流和平均涡量等进行了分析。结果表明:明渠湍流涡运动尺度大小沿水深增加呈先增大后减小;沿水深增加下扫流比上升流更容易发生;各自水深的顺向涡涡量大于逆向涡涡量,在近壁区平均涡量最大;明渠湍流近壁区产生涡量大、尺度小的涡结构,沿水深增加,涡尺度发展变大,但受水面区下扫流抑制,涡尺度又变小。

English Abstract

Distribution of motion scales of vortices in turbulent open channel flow

1. National Inland Waterway Regulation Engineering Research Center, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China;

2. School of River & Ocean Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China

Received Date: 2014-06-26
Publish Date: 2015-01-25

Keywords:

Abstract: To understand the distribution of motion scales of vortices in turbulent open channel flow along water depth. A flume experiment system based on high-resolution particle image velocimetry (PIV) was applied to measure fully developed turbulent open channel flow. Meanwhile, the distribution of motion scale of vortices in turbulent open channel flow along water depth, upwelling, sweep down flow and average swirling strength etc. were analyzed using improved power spectrum estimation. The results indicate that the motion scale of vortices in turbulent open channel flow first increases and then decreases along the water depth. The sweep down flow is more prone than upwelling along the water depth. The swirling strength of prograde vortex is larger than that of ret-rograde vortex at respective water depth. The swirling strength of near-wall region is the greatest. Vortices featured by great swirling strength and small scale occur in the near-wall region, then, the vortex scale becomes greater along the water depth, while it decreases under the inhibitory effect of sweep down flow in surface area.

张鹏, 杨胜发, 胡江, 陈阳, 幸韵. 明渠湍流涡运动尺度分布特性[J]. 水科学进展, 2015, 26(1): 91-98. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.01.012

引用本文:

张鹏, 杨胜发, 胡江, 陈阳, 幸韵. 明渠湍流涡运动尺度分布特性[J]. 水科学进展, 2015, 26(1): 91-98. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.01.012

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明渠湍流涡运动尺度分布特性

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.01.012

作者简介: 张鹏(1987-),男,重庆人,博士研究生,主要从事水力学及河流动力学研究。E-mail: zhangpengcquc@139.com

Distribution of motion scales of vortices in turbulent open channel flow

计量

出版历程

明渠湍流涡运动尺度分布特性

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.01.012

1. 重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心, 重庆 400074; 2. 重庆交通大学河海学院, 重庆 400074

作者简介: 张鹏(1987-),男,重庆人,博士研究生,主要从事水力学及河流动力学研究。E-mail: zhangpengcquc@139.com

English Abstract

Distribution of motion scales of vortices in turbulent open channel flow

1. National Inland Waterway Regulation Engineering Research Center, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China; 2. School of River & Ocean Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China

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作者简介:
张鹏(1987-),男,重庆人,博士研究生,主要从事水力学及河流动力学研究。E-mail: zhangpengcquc@139.com

1. 重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心, 重庆 400074;

2. 重庆交通大学河海学院, 重庆 400074

作者简介:
张鹏(1987-),男,重庆人,博士研究生,主要从事水力学及河流动力学研究。E-mail: zhangpengcquc@139.com

1. National Inland Waterway Regulation Engineering Research Center, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China;

2. School of River & Ocean Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China