光滑壁面明渠底壁切应力分布研究
工业技术SC『ENCE&丁ECHN0LOGY圆圆
光滑壁面明渠底壁切应力分布研究
陈小芳
(广东华禹工程咨询有限公司广东广州510045)
摘要:在分析了,~Preston管量测的实验膏料基硪上,本文擐讨了常用表示明莱底壁切应力分
布的
公式
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在均匀流和非均匀流情况下的
适用性,得出非均匀漉时,宽深比越小,水流的三堆性质越大,边壁对水漉的影响也增加.
关键词:明渠底壁切应力分布非均匀漉
中图分类号:TVl3文献标识码:A文章编号:1672-3791(2009)07(c)一0091—02
切应力沿边界的分布规律是研究水流
结构及水流阻力的主要因素,在圆管流和
平板流中,水流是二维流动,其切应力沿边
界是均匀分布的,并可直接通过力的平衡
关系推导而得,但对于矩形或其它形状的
明渠或管流来说,其边界切应力分布将是
不均匀的,特别是对于矩形明渠,随着明渠
边壁糙率和宽深比的变化,边界切应力分
布将发生变化.目前大多数研究都是针对
均匀流的,不过,工程中遇到的大多是非均
匀流问题,非均匀流的水深,能坡等要素与
均匀流不同,其底壁高为0.4m
的矩形水槽中进行.水槽底壁为钢板,两侧
壁为玻璃.水深用精度为0.1film的测针量
测,测针可以沿水槽移动.流量用孔板流量
计量测.用Preston管直接测量切应力.
实验在缓坡下进行.每个流量对应一
个均匀流和两个非均匀流,分别在距水槽
进口2.3m和3.9m的位置布置两个过水断
面,每个断面从边壁到中心,沿宽度取6个
点量测底壁切应力.
根据文献【2】,切应力在底壁的分布根
据横向距离的大小分两个部分,从边壁到
中心处的横向距离记为z.从边壁到z等于
水深时,切应力按照三角形分布,从z等于
1.2
l
0.8
0.6
0.4
U.2
O
均匀流流量783L/sB/h一6.342
00.2040.60.81
2Z/『l
(a)
均匀流流量l2.45I/R/h:4.747
1.5
1
O.5
0
O
(b)
图2均匀流切应力沿宽度分布与公式比较
1.5
1
05
O
l_5
1
O.5
O
非均匀流h/hc:1.366B/h=4.644
00.20.4060.81
2z/B
非均匀流h/ho=1.712B/h=3.704
O0.20.40.60.8
2Z/B
(a)流量Q=7B3L/s
科技资讯SCIENCE&TECHNOLOOYINFORMATION9
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水深到中心处切应力呈直线分布.因此,笔
者在布置量测点时,边壁到z等于水深范围
内布置了4个点,之后布置了2个点测量切
应力.
3实验结果分析
由于切应力沿宽度呈对称分布,笔者
只量测了从一侧边壁到中心的切应力,以
此做研究.实验在两个不同的流量下进行,
每个流量对应一个均匀流和两个非均匀流
分别量测.图2,3中所示曲线为根据公式(1)
(2)绘制的曲线,?为实测数据点.
图2,3分别在不同的流量下,对均匀流
和非均匀流进行了切应力沿宽度的量测.
从图中我们可以发现,不管是均匀流还是
非均匀流,断面中心处的切应力比两边的
都要小,笔者认为,实验中的水流不是严格
意义上的二维流动,水流的三维性质引起
了流速沿断面分布不均匀,从而造成实验
结果所显示的切应力沿宽度分布不均匀.
均匀流时,实验点和曲线值比较接近,
可见式(1)(2)适用于均匀流.
非均匀流时,流量增加,水深增大,宽
深比减小,实验点和曲线偏离越远同一流
量下,宽深比小时实验点和曲线也偏离越
远.可见宽深比的大小对切应力的分布有
一
定的影响.宽深比越小,水流的三维性质
越大,边壁对水流的影响也增加.
非均匀流时,同一流量下,相对水深越
小,实验点和曲线值比较接近.这说明应用
沿宽度分布的切应力公式(1)(2)时,也需考
虑其适用范围.
4结语
本文通过对光滑壁面明渠底壁切应力
分布的实验研究,得出在均匀流时,表示底
壁切应力分布的常用公式适用,而在非均
匀流时,宽深比的大小对切应力的分布有
一
定的影响,宽深比越小,实验结果与
经验
班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验
公式相差越远.
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非均匀流h/h0=1.180B/h=4.021
O.5
O
00.20.40.60.81
2z/B
L5
非均匀流h/h:l203B/h:3.947
I?
0.5
O
00.20.40.60.81
2z/B
1.5
1
O.5
0
(b)流量Q=12.45L/s
非均匀流bibI.088g/h-3.659
卜卜
,?
00.20.40.60.8l
2z/B
2
1_5
l
0.5
O
非均匀流h/ho-I.357B/h-2.933
r一一—?———?’
,?
OO.20.40.60.81
2z/B
(c)流量Q:14.75L/s
圈3非均匀流切应力沿宽度分布与公式比较
【4】黄纪忠.明渠断面流速与边壁切应力相
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