发布于:2004-02-25 14:07:25
来自:水利工程/水文与水资源工程
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今天没有走成,买好的车票都退了,郁闷……,打开电脑,写点文章,与大家分享。
上次我谈到一个高坝泄流溅水雾化问题的探讨,结果没有什么人跟贴,可能是我表述问题的方法不对,那个问题其实比较常见,但是溅水雾化产生的原因争论比较大,提出来是希望大家提出不同的看法!
今天探讨的问题是河流紊动(可以理解为漩涡)的天然现象与理论探讨.
为什么会想起这个话题呢?前几天有位网友问起截洪沟水面可以用明渠恒定流计算吗,我回答可以。其实天然河流基本上是紊动流,许多些情况下非恒定流求解都不能很好吻合工程实际,但是,在一定精度范围内,尤其是人工沟渠,恒定流求解足也!所以,有人用满宁公式,有人用HEC-RAS,有人却用SMS、FLUENT,都是根据工程精度要求不同而不同,我们采用更经济,更简洁的计算方式,是在对自然了解的基础上,所以,今天我还是要谈谈天然河流的紊动。
天然河道的紊动随时都在发生,尺度从几厘米到几十米上百米都有,紊动对污染扩散,泥沙运输都有非常重要的影响,紊动同样是能量消耗的主要原因(这下明白高坝水流的能量到哪里去了吧),小尺度紊动发生非常频繁,且危害不大,故今天不过多讨论,而大尺度的紊动表现为江河巨大漩涡,对航运,堤坝安全,都有重要影响。根据国内一些观测资料,紊动的周期同紊动的尺度是成正比关系的,就是说,尺度越大,发生的频率越低,在大江大河,常见大尺度紊动可以达到100米以上,周期100~150秒左右,超级尺度的紊动随机出现,一般是大尺度紊动谐波叠加,由于大尺度紊动的阵发性,河床推移质的输移也有阵发性,这样的大尺度紊动,对河道是有一定危害的。
为什么小河就没有这样大尺度的紊动呢?做过水工模型的朋友都知道,水力比尺都可以同时缩小一个比例(比如1:10),但是粘性系数除外(水的粘性系数只跟温度有关,没有办法找到水粘性系数1/10的液体来作试验),粘性系数导致雷诺数减小,那么缩小比例的水工模型肯定没有大江大河那么汹涌澎湃,所以大河流的雷诺数相对小河流而言就很大,这就是大河汹涌澎湃的原因!
治理河道大尺度紊动,属于河川动力学研究范畴,一般采用修筑丁坝,低堰方式予以治理,都江堰之父李冰的古训“深淘滩,低作堰”,其实就是古人对这一问题的科学认识!
其实,上面说的是一个非常简单常见的水力现象,可是我们也可以用科学的理论解释它,让它为我们所用,不妥之处,还请指正!
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关銉是模型的适用性与边界条件的准确性
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