明渠收缩过渡段流速分布及紊动特性试验

吴永妍; 陈永灿; 刘昭伟

doi:10.14042/j.cnki.32.1309.2017.03.004

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明渠收缩过渡段流速分布及紊动特性试验

吴永妍, 陈永灿, 刘昭伟

文章导航 > 水科学进展 > 2017 > 28(3): 346-355

吴永妍, 陈永灿, 刘昭伟. 明渠收缩过渡段流速分布及紊动特性试验[J]. 水科学进展, 2017, 28(3): 346-355. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.03.004

引用本文:

吴永妍, 陈永灿, 刘昭伟. 明渠收缩过渡段流速分布及紊动特性试验[J]. 水科学进展, 2017, 28(3): 346-355. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.03.004

WU Yongyan, CHEN Yongcan, LIU Zhaowei. Experimental study on velocity profile and turbulence characteristics in open channel contractions[J]. Advances in Water Science, 2017, 28(3): 346-355. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.03.004

Citation:

WU Yongyan, CHEN Yongcan, LIU Zhaowei. Experimental study on velocity profile and turbulence characteristics in open channel contractions[J]. Advances in Water Science, 2017, 28(3): 346-355. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.03.004

明渠收缩过渡段流速分布及紊动特性试验

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.03.004

1.
清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室, 北京 100084;
2.
西南科技大学环境与资源学院, 四川绵阳 621010

基金项目: "十二五"国家科技支撑计划资助项目（2015BAB07B09）；国家自然科学基金资助项目（51579130）

详细信息

作者简介:
吴永妍(1990—),女,湖北武汉人,博士研究生,主要从事明渠水力学方面研究。E-mail:1031880619@qq.com

通讯作者:
刘昭伟,E-mail:liuzw@mail.tsinghua.edu.cn

中图分类号: TV133.1

Experimental study on velocity profile and turbulence characteristics in open channel contractions

1.
State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China;
2.
School of Environment and Resource, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, 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.2015BAB07B09) and the National Natural Science Foundation of China(No.51579130).

摘要: 受地形、地质等条件影响，明渠收缩过渡段在输水工程中十分常见，过渡段长度过短，会导致水面波动，水体紊动加剧。为研究明渠不同长度过渡段内纵向时均流速及紊动强度的分布规律，通过室内模型试验，利用二维电磁流速仪ACM2-RS测量了渠道内沿程中垂线不同深度处瞬时流速。试验结果表明：收缩段内，纵向时均流速沿程增加，紊动强度沿程降低，遵循涡旋的拉伸机制和线性扭曲理论；受二次流影响，最大流速位于水面以下，且最大流速的位置随二次流作用的增强而降低；不同长度过渡段对下游纵向流速分布和紊动强度影响不同，过渡段越短，下游水流紊动越强，但非渠底附近紊动强度沿垂向先减后增的规律不变。
- 明渠收缩段 /
- 室内试验 /
- 流速分布 /
- 紊动强度 /
- 水面波动
Abstract: Channel contractions are widely used in water diversion projects due to topographical and geological limitations. Short transitions would lead to water surface fluctuations and higher turbulence. To investigate the velocity and turbulence characteristics along transitions of different length, laboratory experiments were carried out using a two-dimensional electromagnetic current meter ACM2-RS. Results show that the longitudinal mean velocity increases along the centerline of the contraction while the longitudinal turbulence intensity decreases, which can be explained by vortex stretching mechanism and linear distortion theory. Influenced by secondary currents, the maximum velocity occurs below the surface. The stronger secondary circulation is, the lower the maximum velocity is located. Contractions of different length affect the velocity profiles and turbulence intensities downstream differently. Shorter contractions lead to higher magnitude of turbulence intensity downstream, while its vertical distribution remains the same in the region away from the bed, which decreases first and then increases with the vertical position going up.
- open channel contraction /
- laboratory experiment /
- velocity profile /
- turbulence intensity /
- water surface fluctuation

[1]	孙启航, 夏军强, 邓珊珊, 周美蓉, 司金华, 张幸农. 窝崩区水流结构的概化水槽试验研究 . 水科学进展, 2023, 34(1): 144-156. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2023.01.014
[2]	陈刚, 董增川, 王海军, 顾世祥, 杨红宣. 冰盖下水流紊动特性试验研究 . 水科学进展, 2023, 34(2): 299-309. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2023.02.013
[3]	程勇, 王文娥, 胡明宇, 凌刚, 胡笑涛. 30°分水角明渠水流紊动特性试验研究 . 水科学进展, 2022, 33(4): 638-647. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2022.04.011
[4]	王文娥, 廖伟, 漆力健. 宽窄相间河道水流紊动特性试验研究 . 水科学进展, 2020, 31(3): 394-403. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.03.009
[5]	付辉, 郭新蕾, 杨开林, 郭永鑫, 王涛. 南水北调中线工程典型倒虹吸进口上游垂向流速分布 . 水科学进展, 2017, 28(6): 922-929. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.06.013
[6]	马殿光, 董伟良, 徐俊锋. 沙波迎流面流速分布公式 . 水科学进展, 2015, 26(3): 396-403. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.02.017
[7]	冯镜洁, 李然, 唐春燕, 雍晓东. 含沙量对过饱和总溶解气体释放过程影响分析 . 水科学进展, 2012, 23(5): 702-708. doi: CNKI: 32.1309.P.20120824.1606.012
[8]	马爱兴, 陆彦, 陆永军, 曹民雄. 明渠非恒定流流速分布及推移质运动研究进展 . 水科学进展, 2012, 23(1): 134-142. doi: CNKI:32.1309.P.20120104.2014.013
[9]	张卓, 宋志尧, 孔俊. 波流共同作用下流速垂线分布及其影响因素分析 . 水科学进展, 2010, 21(6): 801-807.
[10]	孙一, 赵小娥, 王协康. 弯道水流对下游回水响应特征试验研究 . 水科学进展, 2010, 21(5): 600-605.
[11]	孙东坡, 杨慧丽, 张晓松, 王二平. 桥墩冲刷坑的三维流场测量与数值模拟 . 水科学进展, 2007, 18(5): 711-716.
[12]	李艳红, 李栋, 范静磊. 含淹没植物河流水流紊动强度最大值及其影响因素 . 水科学进展, 2007, 18(5): 706-710.
[13]	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.
[14]	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.
[15]	周家俞, 陈立, 叶小云, 吴门伍, 黄荣敏. 泥沙影响流速分布规律的试验研究 . 水科学进展, 2005, 16(4): 506-510.
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明渠收缩过渡段流速分布及紊动特性试验

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.03.004

1. 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室, 北京 100084;

2. 西南科技大学环境与资源学院, 四川绵阳 621010

基金项目: "十二五"国家科技支撑计划资助项目（2015BAB07B09）；国家自然科学基金资助项目（51579130）

作者简介:
吴永妍(1990—),女,湖北武汉人,博士研究生,主要从事明渠水力学方面研究。E-mail:1031880619@qq.com

通讯作者: 刘昭伟,E-mail:liuzw@mail.tsinghua.edu.cn

收稿日期: 2016-10-25
刊出日期: 2017-05-25

中图分类号: TV133.1

关键词:

摘要: 受地形、地质等条件影响，明渠收缩过渡段在输水工程中十分常见，过渡段长度过短，会导致水面波动，水体紊动加剧。为研究明渠不同长度过渡段内纵向时均流速及紊动强度的分布规律，通过室内模型试验，利用二维电磁流速仪ACM2-RS测量了渠道内沿程中垂线不同深度处瞬时流速。试验结果表明：收缩段内，纵向时均流速沿程增加，紊动强度沿程降低，遵循涡旋的拉伸机制和线性扭曲理论；受二次流影响，最大流速位于水面以下，且最大流速的位置随二次流作用的增强而降低；不同长度过渡段对下游纵向流速分布和紊动强度影响不同，过渡段越短，下游水流紊动越强，但非渠底附近紊动强度沿垂向先减后增的规律不变。

English Abstract

Experimental study on velocity profile and turbulence characteristics in open channel contractions

1. State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China;

2. School of Environment and Resource, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, China

Received Date: 2016-10-25
Publish Date: 2017-05-25

Keywords:

Abstract: Channel contractions are widely used in water diversion projects due to topographical and geological limitations. Short transitions would lead to water surface fluctuations and higher turbulence. To investigate the velocity and turbulence characteristics along transitions of different length, laboratory experiments were carried out using a two-dimensional electromagnetic current meter ACM2-RS. Results show that the longitudinal mean velocity increases along the centerline of the contraction while the longitudinal turbulence intensity decreases, which can be explained by vortex stretching mechanism and linear distortion theory. Influenced by secondary currents, the maximum velocity occurs below the surface. The stronger secondary circulation is, the lower the maximum velocity is located. Contractions of different length affect the velocity profiles and turbulence intensities downstream differently. Shorter contractions lead to higher magnitude of turbulence intensity downstream, while its vertical distribution remains the same in the region away from the bed, which decreases first and then increases with the vertical position going up.

吴永妍, 陈永灿, 刘昭伟. 明渠收缩过渡段流速分布及紊动特性试验[J]. 水科学进展, 2017, 28(3): 346-355. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.03.004

引用本文:

吴永妍, 陈永灿, 刘昭伟. 明渠收缩过渡段流速分布及紊动特性试验[J]. 水科学进展, 2017, 28(3): 346-355. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.03.004

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明渠收缩过渡段流速分布及紊动特性试验

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.03.004

作者简介: 吴永妍(1990—),女,湖北武汉人,博士研究生,主要从事明渠水力学方面研究。E-mail:1031880619@qq.com

通讯作者: 刘昭伟,E-mail:liuzw@mail.tsinghua.edu.cn

Experimental study on velocity profile and turbulence characteristics in open channel contractions

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出版历程

明渠收缩过渡段流速分布及紊动特性试验

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.03.004

1. 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室, 北京 100084; 2. 西南科技大学环境与资源学院, 四川 绵阳 621010

作者简介: 吴永妍(1990—),女,湖北武汉人,博士研究生,主要从事明渠水力学方面研究。E-mail:1031880619@qq.com

通讯作者: 刘昭伟,E-mail:liuzw@mail.tsinghua.edu.cn

English Abstract

Experimental study on velocity profile and turbulence characteristics in open channel contractions

1. State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2. School of Environment and Resource, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, China

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作者简介:
吴永妍(1990—),女,湖北武汉人,博士研究生,主要从事明渠水力学方面研究。E-mail:1031880619@qq.com

通讯作者:
刘昭伟,E-mail:liuzw@mail.tsinghua.edu.cn

1. 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室, 北京 100084;

2. 西南科技大学环境与资源学院, 四川绵阳 621010

作者简介:
吴永妍(1990—),女,湖北武汉人,博士研究生,主要从事明渠水力学方面研究。E-mail:1031880619@qq.com

1. State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China;

2. School of Environment and Resource, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, China