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《明渠非恒定流傳播特性及流速分布研究.doc》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、1明渠非恒定流傳播特性明渠非恒定流傳播過程中，存在波的變形，不但沿時(shí)間存在橫向變形，而且縱向波高上也在變化。通常來說，周期性非恒定流在傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，其上升段往往越來越陡，下降段越來越緩，甚至出現(xiàn)波的破碎現(xiàn)象，但總的周期保持不變；而在波的高度上，隨著傳播距離增加存在坦化現(xiàn)象，波幅越來越小，波峰變矮而波谷變高，非恒定流有逐漸均勻化的趨勢（如圖1所示）。非恒定流的橫縱變形，導(dǎo)致非恒定流在傳播過程中沿程水深和流量變幅及波形不一致，使得非恒定流的傳播表現(xiàn)出與恒定流不同的性質(zhì)。從諸多工程問題來說，波速如何確定，波峰和波谷的高度如何計(jì)算等是大家較為關(guān)心的，但是，以往的研究中，對于這方面的研
2、究較少。本文在28m長高精度變坡水槽中進(jìn)行多組明渠非恒定流試驗(yàn)，重點(diǎn)研究非恒定流傳播過程中的變形特性，并給出波速、波峰和波谷的外包線以及水深、流量的計(jì)算式。1明渠非恒定流傳播過程波形變化圖示1.1試驗(yàn)條件1.1.1非恒定流過程的概化非恒定流試驗(yàn)都采用正弦函數(shù)表示的周期性非恒定流過程。對于周期為T的非恒定流，給定如下形式的非恒定流過程：（1）（2）式中：為基流；為非恒定波的波幅，即流量的變幅；為時(shí)間；為基流的過水面積，為面積的變幅。1.1.2水槽底坡的確定為了簡化問題尋求規(guī)律，同時(shí)也方便同均勻流對比，本文試驗(yàn)均在正坡條件下進(jìn)行，坡度為3‰、5‰，恒定流時(shí)在自由出流狀態(tài)下能形成均勻流，非恒定流
3、狀態(tài)下當(dāng)周期較大則趨近于均勻流狀態(tài)。1.1.3試驗(yàn)段的選擇水槽的4?！?＃水尺之間，在恒定流時(shí)能形成均勻流，而在非恒定流狀態(tài)下，4?！?＃水尺之間最大最小水深相差很小，最大水深連線和最小水深連線基本水平。因而，非恒定流狀態(tài)下，4?！?＃水尺形成一種特殊的、相對較為穩(wěn)定的非恒定流，其波高基本不變，4＃～7＃水尺之間即為本文非恒定流的試驗(yàn)段。圖2比降3‰時(shí)非恒定流波的沿程分布(T=20s,Q=15~40L/s)圖3比降5‰時(shí)非恒定流水深的沿程分布(T=20s,Q=15~40L/s)1.1.4水流條件從前面的分析也可知，在3‰、5‰坡度下3～40L/s之間的流量時(shí)，恒定流在28m水槽4～7＃水尺
4、之間能形成均勻流，非恒定流下則能形成相對穩(wěn)定的非恒定流狀態(tài)。本文在這兩種坡度下和5～40L/s的流量變幅之間，根據(jù)不同的流量、比降和周期組合，共進(jìn)行了40組次的28m水槽非恒定流試驗(yàn)，給定流量過程均為正弦函數(shù)分布，各組次的試驗(yàn)條件分別見表1。表128m大水槽非恒定流試驗(yàn)水力參數(shù)表編號底坡周期(s)流量(L/s)編號底坡周期(s)流量(L/s)NO.10.003105～40NO.210.00320015～25NO.20.0031015～40NO.220.003205～30NO.30.0031030～40NO.230.0032010～30NO.40.003205～40NO.240.003201
5、5～30NO.50.0032015～40NO.250.0032020～30NO.60.0032030～40NO.260.0032025～30NO.70.003505～40NO.270.003205～20NO.80.0035015～40NO.280.0032010～25NO.90.0035030～40NO.290.0032015～30NO.100.0031005～40NO.300.0032020～35NO.110.00310015～40NO.310.0032025～40NO.120.00310030～40NO.320.005105～40NO.130.003515～25NO.330.00510
6、20～40NO.140.0031015～25NO.340.0051030～40NO.150.0032015～25NO.350.005305～40NO.160.0034015～25NO.360.0053020～40NO.170.0035015～25NO.370.0053030～40NO.180.0038015～25NO.380.005505～40NO.190.00310015～25NO.390.0055020～40NO.200.00315015～25NO.400.0055030～401.2非恒定流傳播速度采用4＃和7＃兩把水尺之間的距離除以各自波峰達(dá)到的時(shí)間差來計(jì)算非恒定流的傳播速度：（3）
7、分別代入利用上式計(jì)算波速，將其與實(shí)測結(jié)果在圖5.10中進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，（3）式計(jì)算的結(jié)果與實(shí)測結(jié)果差別較大，之間還相差了某一特征流速。本文的非恒定流過程的非恒定流傳播不僅是微波傳播，而且是整個(gè)水體向前運(yùn)動(dòng)，因而傳播速度不能單獨(dú)用微波速度來表示，需要另外加上一個(gè)水流運(yùn)動(dòng)速度，以表示如下：（4）分別代入和，通過（4）式對40組次的實(shí)測試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果也統(tǒng)計(jì)于圖4。從對比結(jié)果來看，和都與非恒定流傳播時(shí)的最大流量對應(yīng)的水深和
