检索结果-南通市图书馆

作者：汪贤瑶重庆交通大学

学位级别：硕士

当船舶在受限水域中航行时,由于航道水深相对较浅,宽度较窄,航道内的水流十分复杂。船体绕流及水动力扰动作用改变局部水流结构,形成涡旋、回流等非定常流动现象,显著影响河床稳定性及船舶的操纵性能。然而目前针对船体周围水流结构和... 详细信息

当船舶在受限水域中航行时,由于航道水深相对较浅,宽度较窄,航道内的水流十分复杂。船体绕流及水动力扰动作用改变局部水流结构,形成涡旋、回流等非定常流动现象,显著影响河床稳定性及船舶的操纵性能。然而目前针对船体周围水流结构和紊动特性方面的研究还比较薄弱。因此,本文采用试验研究与理论分析相结合的方法,基于piv水槽试验资料,开展了受限水域船体周围水流结构研究,分析了时均流速的空间分布特性,探讨了紊动特性参数的变化规律,为揭示受限水域船舶-航道相互作用提供科技支撑。主要研究成果如下:(1)船舶上游纵向流速U因壅水骤减,垂向流速V变化最剧烈,波动范围由船头向周围扩散,船底出现纵向流速U最大值,贴近船底边界层存在小范围的低流速区。船尾回流处纵向流速U较小,垂向流速V在此处最大,水流向上运动,回流范围随着向船外侧移动而缩小。船体外侧纵向时均流速U呈现“底部小、水面大”的分布特征,沿水深成层分布。(2)船底相对纵向时均流速垂线分布呈现非对称的“?”分布,垂线流速从船体底部至水槽底部先增大再减小。船尾涡旋范围内近似为“S”分布,在靠近水面处产生负流,负流流速绝对值随着与船尾的距离增大而减小。船体外侧垂线逐渐向“J”型恢复。(3)纵向紊动强度Tux、雷诺应力τ、紊动能k分布有类似之处,船首Tux在船底及水槽底部出现最大值,τ最大值在0.1～0.2倍水深范围内,接近水面区域出现负值,k在船底垂线分布呈“C”型,贴近船体底部存在小紊动能区。船尾形成一个高Tux的长椭圆形区域以及大τ、k集中带,各垂线上τ最大值随着与船体距离的增加向水面偏移,k从水槽底部向水面呈“减小-增加-减小-增加”的趋势,k最大值拐点在0.4～0.8倍水深范围内,随着与船体距离的增加拐点向上偏移。船外侧Tux、τ、k则表现为水面小、底部大的分布规律。(4)无论是船首或船尾,随着断面系数增大,过流能力增强,船体受限制作用减弱,紊动程度降低,纵向时均流速U、纵向紊动强度Tux、雷诺应力τ、紊动能k随之减小;随着来流速度、底坡的增加,加剧水流与船首相互作用,船体尾部回流结构增强,U增幅明显,Tux、τ、k随即增大。

关键词：受限水域船体周围流速分布紊流特性 piv水槽试验

双螺旋桨射流作用下的受限水域船体区水动力特征研究

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双螺旋桨射流作用下的受限水域船体区水动力特征研究

作者：古梦婷重庆交通大学

学位级别：硕士

随着内河航运业发展,受限水域在内河航道中的占比逐年上升,受限水域中航行船舶,其船体区的流场研究逐渐引发人们关注。航行船舶尾后螺旋桨产生的高速射流在发展、扩散过程中会对周围水体产生强烈干扰,进而引发船体区水流结构变化,对船... 详细信息

随着内河航运业发展,受限水域在内河航道中的占比逐年上升,受限水域中航行船舶,其船体区的流场研究逐渐引发人们关注。航行船舶尾后螺旋桨产生的高速射流在发展、扩散过程中会对周围水体产生强烈干扰,进而引发船体区水流结构变化,对船舶航行阻力,速度等产生影响,增加船舶航行的不稳定性,严重时还会破坏船体结构导致航行事故。目前,国内外对螺旋桨射流作用下的船体区周围流场的研究仍不充分,因此有必要对该问题在限制性航道内的探索进行进一步研究。本文基于二维piv流场试验,采用试验研究与理论分析相结合的方法,研究双螺旋桨射流作用下限制水域船体区水动力特征,分析时均流速的空间分布特性,探讨船体区流场内多个紊动特性参数的变化规律。主要得到以下结论:（1）时均流速U呈不对称倒“V”型扩散,螺旋桨桨面位置时均流速最大,射流沿水深向上、向下扩散,受自由水面限制,靠近水面处产生横流,使得螺旋桨上侧水流扰动强度大于下侧;时均流速自螺旋桨桨面处开始衰减,沿程不断减小,其中时均流速最大值Umax因水面横流作用,沿程存在进行二次衰减,衰减速度沿程逐渐变慢;时均流速垂线分布在形状上整体均表现为“两头窄中间宽”。（2）纵向紊动强度Tux、紊动能K的分布具有相似性。纵向紊动强度平均值Tuxmean与纵向紊动强度最大值Tuxmax、紊动能平均值Kmean与紊动能最大值Kmax的沿程峰值同步出现,且均从螺旋桨桨面处开始衰减,在远离螺旋桨的位置衰减为一个相近值;靠近螺旋桨桨面位置射流能量最大,导致曲线上该位置的纵向紊动强度Tux和紊动能K均较大,造成垂线x/Dp=1、垂线x/Dp=2沿水深弯曲明显,而远离螺旋桨桨面位置的垂线,沿水深变化幅度很小。（3）雷诺应力τ正、负值的分布区域有明显区别。螺旋桨正前方的雷诺应力为正值,螺旋桨上下侧的雷诺应力为负值,且由于自由水面的横流存在,螺旋桨上侧的负雷诺应力绝对值|τ|远大于螺旋桨下侧;受不对称的螺旋桨射流影响,雷诺应力垂线分布整体呈“上宽下窄”,各垂线上雷诺应力数值在相对水深y/Dp<1范围内基本相同,即该水深处射流沿程扰动基本相同。（4）桨数增加,减小了射流能量沿程损失,时均流速U增大,纵向紊动强度Tux、紊动能K、雷诺应力τ增大;断面系数减小,水深降低,导致射流扩散受到阻碍,流速脉动强烈,Tux、K、τ增大;桨距减小拉近射流交汇点位置,且对位于船体中心线位置的剖面（剖面LS1）影响最大,该剖面上Tux、K、τ明显增大;随着转速增大,水体在螺旋桨周围获得的速度更高,U、Tux、K、τ增大。

关键词：受限水域螺旋桨射流水动力特征 piv水槽试验

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非均匀散粒粗糙床面明渠紊流横向涡结构研究

非均匀散粒粗糙床面明渠紊流横向涡结构研究

作者：谭义波重庆交通大学

学位级别：硕士

非均匀散粒粗糙床面是山区河流中常见的床面类型,粗糙颗粒附近水流结构紊乱,易产生横向涡结构。横向涡对流场中的紊动维持、物质传输和能量传递等过程具有重要影响,然而现有涡结构研究主要针对光滑床面,散粒粗糙床面下横向涡结构的研究... 详细信息

非均匀散粒粗糙床面是山区河流中常见的床面类型,粗糙颗粒附近水流结构紊乱,易产生横向涡结构。横向涡对流场中的紊动维持、物质传输和能量传递等过程具有重要影响,然而现有涡结构研究主要针对光滑床面,散粒粗糙床面下横向涡结构的研究较少。因此,开展非均匀散粒粗糙床面明渠紊流横向涡结构研究,能丰富涡结构认识,并对相关工程应用具有实践意义。本文基于piv水槽试验数据,通过研究不同涡识别方法的适用性,确定非均匀散粒粗糙床面下横向涡识别方法,分析了横向涡结构形状特征与演化特性,探讨了横向涡结构统计特征,取得如下研究成果:(1)通过分析瞬时流场序列中横向涡结构的形态特征,发现横向涡结构往往与强方向性伴随结构同时存在,并共同构成具有明显结构特征的相干结构。采用基于物体属性向量的涡追踪方法对横向涡逐帧跟踪,散粒粗糙床面下横向涡生存时间小于光滑床面,来流条件相同的情况下,粗糙颗粒粒径越大,横向涡的生存时间越短。(2)观察横向涡位移轨迹发现,受颗粒影响区域(y/h水槽中心附近尤为明显;同一垂线上,逆向涡绝对强度极大值小于顺向涡;水流及边界条件相同时,涡旋强度随流量增大而增大。横向涡结构形状参数垂线分布沿水深呈“梯形”,水槽中部区域涡结构形状为椭圆形,在水面与槽底更加扁平。(4)受粗糙颗粒影响,横向涡结构在水槽底部产生的频率较高,而这种“高频区”在颗粒之间沿流向呈条带状分布,在颗粒附近呈点状或垂向条状分布。通过对横向涡特征尺度分析,发现涡结构长轴、短轴尺度的概率密度曲线均呈对数正态分布,涡结构形状参数概率密度曲线为正态分布。

关键词：非均匀粗糙床面横向涡演化规律统计特征 piv水槽试验

非均匀散粒粗糙床面明渠紊流结构的piv试验研究

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非均匀散粒粗糙床面明渠紊流结构的PIV试验研究

作者：李国际重庆交通大学

学位级别：硕士

散粒粗糙床面明渠水流在自然界中广泛存在,粗糙颗粒通过影响水流结构过程,进而对明渠河床阻力、泥沙输移和水生生物栖息地分布产生重要影响,但目前相关研究仍较薄弱,亟需展开分析。本文采用试验研究与理论分析相结合的方法,基于piv水槽... 详细信息

散粒粗糙床面明渠水流在自然界中广泛存在,粗糙颗粒通过影响水流结构过程,进而对明渠河床阻力、泥沙输移和水生生物栖息地分布产生重要影响,但目前相关研究仍较薄弱,亟需展开分析。本文采用试验研究与理论分析相结合的方法,基于piv水槽试验资料,开展了非均匀散粒粗糙床面的明渠水流结构研究,分析了时均流速的分布特征,探讨了紊动特性参数的变化规律。主要研究成果如下:(1)非均匀散粒粗糙床面明渠水流水力特性可分为粒间区与颗粒区,摩阻流速u、阻力系数f和理论零点在两个区域具有显著差异;u在粒间区普遍偏小,在颗粒区与粒间区沿程总体均先减小再增大,来流量Q、水深h和底坡i的变化不改变u的沿程变化趋势;f在颗粒区总体偏小,在颗粒区与粒间区均总体先减小后增大;理论零点在颗粒区位于颗粒顶部附近,沿程先升高再降低,在粒间区位置低于颗粒顶部,总体呈降低-升高-降低-升高的趋势变化。(2)粗糙颗粒对流速分布的影响方面,颗粒主要影响2倍颗粒粒径水深范围内的纵向时均流速;粒间区的水流整体在靠近颗粒时减速,远离颗粒时加速,根据粒间区的水流加减速情况将粒间区划分为5个区域,即下游减速区、下游加速区、中间区、上游减速区和上游加速区。(3)紊动强度u’、雷诺应力R、紊动能k变化规律方面,颗粒对u’、R和k的主要影响均为2倍颗粒粒径水深范围;u’、R、k均整体呈条带状分布,从床面向水面先增大后减小。u’、R和k各自的垂线最大值与平均值沿程变化趋势一致,平均紊动强度u’在粒间区与颗粒区均沿程先增大后减小;平均雷诺应力R在粒间区沿程先增大再减小,在颗粒区先减小后增大;平均紊动能k在粒间区与颗粒区均沿程先增大后减小。(4)流量、水深和底坡对紊动特性参数的影响方面,u’、k及R的绝对值均随Q的增大、h的减小或i的增大而增大。涡粘性系数ν与混掺长度l均沿水深呈先增大后减小的变化规律;ν随Q的增大而增大,随h的增大而减小,随i的增大而增大。(5)邻近剖面颗粒的阻水作用导致水流发生绕流,对粒间区中部的时均流速结构和紊动参数产生影响,包括使粒间区中部的流速分布混乱、u增加、阻力增加、理论零点升高、紊动强度和紊动能增大、雷诺应力为负、涡粘性系数与混掺长度减小。

关键词：非均匀粗糙床面明渠紊流流速分布紊流特性 piv水槽试验

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有间距加糙床面明渠水流结构试验研究

有间距加糙床面明渠水流结构试验研究

作者：孙建云重庆交通大学

学位级别：硕士

水流结构对河工模型试验的精度影响重大,床面加糙是河工模型试验中为保证阻力相似而采取的普遍方法,有间距加糙是最常用的床面加糙方式之一,因此开展有间距加糙床面水流运动相关问题研究具有重要的理论和实际意义。本文基于piv测量试验... 详细信息

水流结构对河工模型试验的精度影响重大,床面加糙是河工模型试验中为保证阻力相似而采取的普遍方法,有间距加糙是最常用的床面加糙方式之一,因此开展有间距加糙床面水流运动相关问题研究具有重要的理论和实际意义。本文基于piv测量试验结果,对光滑床面以及4种加糙床面的流速结构、紊动特性和加糙阻力进行研究,取得了以下成果:(1)有间距加糙床面明渠水流水力特性可分为颗粒区和粒间区,两个区域的各项水流参数差异较大。摩阻流速*u和理论床面位置的沿程分布均具有明显的分区特性:颗粒区*u普遍较小,而粒间区*u普遍较大;颗粒区的理论床面位置在颗粒顶部以下(0.15.35)d范围内变化,粒间区的理论床面位置在颗粒底部所在的光滑床面。(2)基于piv水槽试验数据,研究了不同粗糙条件下纵向时均流速U的分布规律。结果显示时均流速流场呈现明显的条带状分布,时均流速分布与颗粒间距、颗粒直径以及排列方式关系较大。颗粒间距离越小,时均流速U越小;颗粒直径增大,时均流速减小;梅花形加糙床面的时均流速比矩形加糙床面的时均流速小,因此梅花形加糙对流速的影响较大。颗粒上游区域时均流速垂线分布呈现比较明显的对数分布,中下游区域基本呈现先稳定后增大的趋势。(3)光滑床面和粗糙床面近壁区纵向及横向脉动流速u、v均呈现清晰的高、低速条带结构。随着水深的增大,各类紊流事件的平均概率总体均呈先增大后减小的变化趋势;加糙颗粒对紊流事件概率的影响主要集中在颗粒顶部以下区域。床面加糙后,垂向脉动流速概率密度分布变化较小,而纵向脉动流速的概率密度分布变化较大,分布曲线变得更为尖陡,流速脉动范围更为集中。(4)阐述了紊动强度、雷诺应力、紊动能在不同水流条件和粗糙条件下的规律变化。结果显示纵向紊动强度呈现条带状分布,距离槽底越近,纵向紊动强度越大,在颗粒顶部上方1d范围内达到最大,然后逐渐减小;颗粒直径越大,纵向紊动强度越小。雷诺应力呈现先增大后减小的趋势,在颗粒顶部位置达到最大值;颗粒直径越大,雷诺应力越小。紊动能沿水深的变化规律与纵向紊动强度基本一致,最大值出现在颗粒顶部以下1d范围内;床面加糙颗粒直径越大,紊动能越小。相同流量条件下矩形加糙床面的紊动强度、雷诺应力和紊动能均大于梅花形床面。(5)相对当量粗糙度k与颗粒大小、间距、排列方式及水流条件等因素有关,当流量相同时,颗粒直径越大或排列间距越小,k平均值越大;床面相同时,流量越大,k平均值越小;在颗粒大小、间距及流量相同时,梅花形排列的k平均值要大于矩形。(6)颗粒区和粒间区的阻力系数f随k的变化均服从幂函数公式。当h/d较小、床面接近大尺度粗糙时,f随k的递增变化明显,随着h/d的增大,f随k的递增变化逐渐趋缓;在k相同的情况下,h/d越小,f增幅愈明显;在h/d和k相同的情况下,颗粒区的水流阻力系数要大于粒间区。

关键词：有间距加糙床面明渠紊流流速分布紊动特性当量粗糙度 piv水槽试验