基于粒子图像测速的坡面流水动力学特性

S715; 粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术具有多点同时测量、对水流无干扰的优点,该研究利用高分辨率PIV(分辨率为64 pixels/mm),测量了7组坡面流(水深范围为0.5～1.1 cm,雷诺数范围为1000～3000),并测量1组深水明渠紊流作为对照,研究了流速轮廓线和修正系数、紊动强度和雷诺应力、偏态系数和峰度系数的变化规律.结果 表明:1)PIV能够有效观测坡面流床面至水面的流速分布.当坡面流流态为过渡流时,流速修正系数随着雷诺数的增加呈对数增加,均值为0.77;2)对比深水明渠紊流的紊动强度,坡面流的流向紊动强度较大,而垂向紊动强度...

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Published in农业工程学报 Vol. 36; no. 17; pp. 115 - 124
Main Authors 杨坪坪, 张会兰, 王云琦, 李瑞
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心,贵阳 550001%北京林业大学水土保持学院重庆三峡库区森林生态系统教育部野外科学观测研究站,北京 100083 01.09.2020
贵州师范大学喀斯特研究院,贵阳 550001
北京林业大学水土保持学院重庆缙云山三峡库区森林生态系统国家定位观测研究站,北京 100083
Subjects
粒子图像测速
坡面流
流速
紊动强度
雷诺应力
水动力学
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ISSN1002-6819
DOI10.11975/j.issn.1002-6819.2020.17.014

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Summary:S715; 粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术具有多点同时测量、对水流无干扰的优点,该研究利用高分辨率PIV(分辨率为64 pixels/mm),测量了7组坡面流(水深范围为0.5～1.1 cm,雷诺数范围为1000～3000),并测量1组深水明渠紊流作为对照,研究了流速轮廓线和修正系数、紊动强度和雷诺应力、偏态系数和峰度系数的变化规律.结果 表明:1)PIV能够有效观测坡面流床面至水面的流速分布.当坡面流流态为过渡流时,流速修正系数随着雷诺数的增加呈对数增加,均值为0.77;2)对比深水明渠紊流的紊动强度,坡面流的流向紊动强度较大,而垂向紊动强度较小,且随着水深及雷诺数的增加,坡面流紊动强度逐渐与深水明渠紊流的特征吻合.深水明渠紊流中受雷诺应力影响的流体占比约80％,而坡面流中受雷诺应力影响的流体占比小于80％,随着雷诺数的增加坡面流中受雷诺应力影响的流体占比变大;3)对比深水明渠紊流的峰度系数,坡面流的峰度系数大部分大于3,表明坡面流较深水明渠紊流出现极端流速事件的概率小.PIV技术有利于实验室研究坡面水力侵蚀的力学机理机制问题.
ISSN:1002-6819
DOI:10.11975/j.issn.1002-6819.2020.17.014