Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Технические arrow Детали машин arrow
Развитие методов гидравлических расчетов речных потоков и элементов руслового процесса

Методика определения эквивалентной шероховатости и коэффициента Шези по профилям скорости логарифмического и степенного вида

Результаты анализа, выполненного в разделе 4.1, позволяют сделать вывод о том, что принципу локального кинематического подобия в равной мере отвечают распределения скоростей логарифмического и степенного вида, однако окончательное суждение может быть сделано только на основе их проверки данными натурных измерений в речных потоках.

Этот важный аналитический результат проверялся сопоставлением измеренных в речных потоках распределений скоростей с логарифмическим профилем скорости записанным в виде: Главное достоинство логарифмического профиля скорости состоит в том, что он сохраняет свою форму во всем диапазоне чисел Рейнольдса и при различной шероховатости русел, то есть эта форма профиля считается универсальной. Логарифмический закон распределения скоростей подтверждается результатами лабораторных экспериментов, но имеет ряд недостатков из которых основным является неопределённое значение скорости при z = 0 на границе с дном.

В связи с этим, в рамках настоящей работы было произведено сопоставление логарифмического распределения скоростей с данными натурных измерений на 30 вертикалях для 6 водотоков. Профили скорости, измеренные на всех водотоках и представленные в системе координат и — f обнаруживают хорошее соответствие с распределением логарифмического типа (4.17). Таким образом, можно сделать заключение о том, что логарифмический профиль скорости может быть использован для описания распределения скоростей в речных потоках.

По ряду причин такой вид профиля скорости гораздо удобнее для анализа результатов исследований, а также инженерных расчетов.

Результаты выполненного сопоставления измеренных распределений скорости по глубине речных потоков со степенной формой профиля (4.52) приведены нарис. 4.10.

Результаты сопоставления позволяют считать, что степенная форма профиля для речных потоков вполне приемлема и подтверждают вывод, сделанный на основе аналитического исследования локального кинематического подобия потоков, указывающий на принципиальную обоснованность степенного профиля скорости.

Таким образом, выполненные натурные исследования кинематической структуры речных потоков, существенно различающихся по своим морфомет-рическим и гидравлическим параметрам, подтвердили возможность использования логарифмического и степенного распределения осредненных скоростей для речных потоков [233]. Полученные результаты могут быть использованы в практике гидрологических измерений.

Установление универсальных закономерностей, связывающих кинематические характеристики течения в различных граничных условиях с гидравлическим сопротивлением, составляет ключевую проблему гидравлики. Первой успешной попыткой такого рода явилась полуэмпирическая теория турбулентности, ценность которой состояла в том, что полученное на ее основе логарифмическое распределение скоростей по сечению потока подтвердилось данными тщательных измерений в гладких и шероховатых трубах:

Измерения И. Никурадзе позволили установить, что значение к для течения в гладких и шероховатых трубах близко к постоянной, равной 0,4. Значения С, установленные экспериментально, также оказались практически постоянными. Такой выдающийся успех, связанный с получением универсальных распределений скоростей, Людвиг Прандтль - создатель этой теории, назвал не более чем счастливой случайностью, поскольку исходные предположения, принятые при обосновании этой теории позволяли надеяться, что она может оказаться справедливой только для части потока, близкой к его твердой границе.

Это важнейшее обстоятельство придавало завершенность полуэмпирической теории, которая до настоящего времени продолжает составлять основу наших представлений о факторах, управляющих турбулентными течениями в разных граничных условиях.

Последующие измерения и тщательный анализ данных И. Никурадзе показали, что соотношения Прандтля - Никурадзе могут рассматриваться как универсальные только в первом приближении, поскольку и параметр Кармана и величина С оказались непостоянными, хотя и изменяющимися в ограниченных пределах.

Анализ показал, что изменения к и С в профилях скорости взаимосвязаны и зависят от изменения коэффициента гидравлического сопротивления [27]. Учет этих изменений при определении коэффициента X по профилям скорости позволил сохранить соответствие этих профилей скорости закономерностям сопротивления Прандтля - Никурадзе, установленным на основе независимых динамических экспериментов. Тем не менее, анализ не позволил установить единой связи между киА, для всех режимов гидравлического сопротивления, что сохраняет актуальность поиска универсальных соотношений между параметрами турбулентного потока.

На возможность использования степенных профилей для описания распределения скоростей при турбулентном течении в трубах указывал И. Никурадзе. Однако только после того, как А.Д. Альтшулем и В. Нуннером [3, 220] было установлено, что показатель степени п зависит от коэффициента X, степенное распределение скоростей оказалось применимым для течений в гладких и шероховатых трубах и приобрело наряду с логарифмическим статус универсального профиля скорости.

При правильном определении показателя степени п точность описания распределения скоростей в потоке с помощью степенного профиля скорости не уступает точности логарифмического описания.

 
Оригинал текста доступен для загрузки на странице содержания
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ
 

СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ
Развитие методов гидравлических расчетов речных потоков элементов руслового процесса