基于诊断函数的薄层流对数律研究

摘要：

薄层流是一种特殊形态的明渠流,其特点是水深浅薄.为探讨薄层流流速分布是否满足对数律,该研究利用高分辨率粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术,分析8组薄层流(水深0.49～1.1 cm,雷诺数835～2877)及1组深水明渠紊流(对照)床面至水面的流速分布、紊动强度及雷诺应力.并基于诊断函数,研究薄层流流速是否满足对数律、对数区的范围及卡门常数变化规律.结果表明,薄层流的无量纲流速从过渡区开始偏离深水明渠水流中的理论曲线;薄层流的流向紊动强度大于深水明渠紊流,但垂向紊动强度小于深水明渠紊流,随着水深的增加,两者的紊动强度逐渐重合;雷诺应力的特征表明,随着水深的增加,受黏性力影响的范围越来越小.薄层流诊断函数曲线的特征说明薄层流中不存在严格意义的对数区,但当水深极浅时(水深≤0.53 cm),流速基本满足对数律,且卡门常数在0.2～0.3范围内.当水深和雷诺数增加,薄层流诊断函数曲线出现波动而不再近似水平.为方便实际计算,若允许诊断函数有一定的倾斜,对数区在极大值与极小值之间的范围,薄层流的卡门常数随着雷诺数的增加而增加.此外,薄层流对数区的范围并非稳定,随着雷诺数的增加,对数区影响的范围变大.该研究可为薄层流的理论研究和流速计算提供参考.

关键词：流速、粒子图像测速、渠道、薄层流、卡门常数、诊断函数、对数律

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分类号：TV131.3;TV732.6(水利工程基础科学)

资助基金：国家自然科学基金;贵州省教育厅青年科技人才成长项目;贵州师范大学2019 年博士科研启动项目

在线出版日期：2021-04-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：167-175