水流湍流系数

水流湍流系数，也被称为湍流混合系数，是一种海洋学中的专业名词，用于描述流体中流动状态的不稳定程度。它在一定程度上能够体现物质湍流迁移通量与平均浓度梯度之间的关系，通常被用以描述流体中流体动力学特征的分布情况。该系数能够被确定并通过监测流体的温度、盐度等被动物理量的平均分布，或者在固定地点进行观测来实现。

水流湍流系数的大小通常与水流速度、温度、盐度、密度等因素有关，因此对于制定河流管理策略和水力工程的设计有着重要的作用。影响水流湍流系数的主要因素包括：

1. 流速：水流速度的变化会直接影响湍流的发生，因为流速是决定湍流强度的重要因素。

2. 水深：水深对水流的湍流系数有很大影响。在浅水区，水流较为平缓，不易发生湍流；而在深水区，水流湍流系数会随着水深的增加而增加。

3. 水质：水中的杂质、颗粒等都会影响水流的湍流系数。这些杂质在水流中可能产生扰动，导致水流变得不稳定。

4. 水流的不稳定性：流体的流动具有不稳定性，其湍流系数往往会随着流动的不稳定性而增加。例如，湍流可以在湍涡分离、旋转、弥散和剪切等过程中形成。

5. 地形地貌：水流的湍流系数还会受到地形地貌的影响，例如河床的形状、河道的宽度等。不同的地形地貌会导致水流在不同的区域产生不同的湍流系数。

水流湍流系数的测量方法主要有以下几种：

1. 水力探针法：利用水力探针插入水流中，测量水流的脉动速度和压力，然后利用相关公式计算湍流系数。这种方法适用于测量快

速流动的水流。

2. 叶轮测量法：在水流中安装一个叶轮，利用叶轮的转动速度和阻力来计算湍流系数。这种方法适用于测量较慢流动的水流。

3. 三维流场测量法：通过测量水流中的流速、压力、温度等物理量，利用三维流场分析软件计算湍流系数。这种方法适用于测量复杂流场的湍流系数。

4. 超声波测量法：通过测量水流中的超声波传播速度来计算湍流系数。这种方法适用于测量较宽广的水流区域。

5. 现场实验法：利用实船实验或水槽实验测量水流中的湍流系数，适用于不同水深和速度条件下的水流。

以上是水流湍流系数的测量方法，具体应用时需要根据实际情况选择合适的测量方法。

(完整word版)流体阻力系数

流体阻力系数 一个物体在流体（液体或气体）中和流体有相对运动时，物体会受到流体的阻力。阻力的方向和物体相对于流体的速度方向相反，其大小和相对速度的大小有关。 在相对速率v 较小时，阻力f的大小与v 成正比： f = kv 式中比例系数k 决定于物体的大小和形状以及流体的性质. 在相对速率较大以致于在物体的后方出现流体漩涡时,阻力的大小将与v平方成正比。对于物体在空气中运动的情形,阻力 f = CρAv v/2 式中，ρ是空气的密度,A 是物体的有效横截面积，C 为阻力系数。 物体在流体中下落时，受到的阻力随速率增大而增大，当阻力和重力平衡时，物体将以匀速下落。物体在流体中下落的最大速率称为终极速率，又称为收尾速率。对在空气中下落的物体，它的终极速率为： 如图

关键字：2.2.4 流体流动阻力的计算 流动阻力的大小与流体本身的物理性质、流动状况及壁面的形状等因素有关。 化工管路系统主要由两部分组成，一部分是直管，另一部分是管件、阀门等。相应流体流动阻力也分为两种： 直管阻力：流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而产生的阻力； 局部阻力：流体流经管件、阀门等局部地方由于流速大小及方向的改变而引起的阻力。 1. 流体在直管中的流动阻力 如图1-24所示，流体在水平等径直管中作定态流动。 在1-1′和2-2′截面间列柏努利方程， 因是直径相同的水平管， 若管道为倾斜管，则 由此可见，无论是水平安装，还是倾斜安装，流体的流动阻力均表现为静压能的减少，仅当水平安装时，流动阻力恰好等于两截面的静压能之差。 把能量损失表示为动能的某一倍数。 令 则（2-19） 式（2-19）为流体在直管内流动阻力的通式，称为范宁（Fanning）公式。式中为无因次系数，称为摩擦系数或摩擦因数，与流体流动的Re及管壁状况有关。 根据柏努利方程的其它形式，也可写出相应的范宁公式表示式： 压头损失（2-20） 压力损失 (2-21) 值得注意的是，压力损失是流体流动能量损失的一种表示形式，与两截面间的压力差意义不同，只有当管路为水平时，二者才相等。 应当指出，范宁公式对层流与湍流均适用，只是两种情况下摩擦系数不同。以下对层流与湍流时摩擦系数分别讨论。 （1）层流时的摩擦系数 流体在直管中作层流流动时摩擦系数的计算式： （2-22） 即层流时摩擦系数λ是雷诺数Re的函数。 （2）湍流时的摩擦系数

(2021年整理)湍流的数值模拟综述

湍流的数值模拟综述 编辑整理： 尊敬的读者朋友们： 这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（湍流的数值模拟综述）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。 本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为湍流的数值模拟综述的全部内容。

湍流的数值模拟 一、引语 流体的流动形态分为湍流与层流。而层流是流体的最简单的一种流动状态。流体在管内流动时，其质点沿着与管轴平行的方向作平滑直线运动。此种流动称为层流或滞流,亦有称为直线流动的.流体的流速在管中心处最大，其近壁处最小。管内流体的平均流速与最大流速之比等于0.5，根据雷诺实验，当雷诺准数引Re<2320时，流体的流动状态为层流.当雷诺数Re〉2320时，流体流动状态开始向湍流态转变，湍流是一种很复杂的流动状态,是流体力学中公认的难题。 自从19世纪末O.Reynolds提出湍流的统计理论以来，已经有一个多世纪了，经过几代科学家的努力，湍流研究取得很大进展，但是仍然不能满足工程应用的需要，以至于经常有悲观的论调侵袭湍流研究。为什么湍流问题没有圆满地解决会受到如此关注呢？因为湍流是自然界和工程中十分普遍的流动现豫，对于湍流问题的正确认识和模化直接影响到对自然环境的预测和工程的质量.例如，当前影响航天器气动力和气动热预测准确度的主要障碍是缺乏可靠的湍流模型。和其他一些自然科学的准题不同，解决湍流问题具有迫切性。 湍流运动的最主要特征是不规则性，这是大家公认的。对于湍流不规则性的深入认识,是一百多年来湍流研究的上要成就之一。早期的科学家认为，像分子运动一样，湍流是完全不规则运动。类似于分子运动产生黏性,湍流的耗散可以用涡黏系数来表述。20世纪初，一些杰出的流体力学家，相继对涡黏系数提出各种流体力学的模型，如Taylor(1921年)的涡模型,Praudtl(1925年)的混合长模型和von Karman （1930年)相似模型等。当科学家用流体力学观念(不是分子观念）来建立湍流耗散的涡黏模型时,就开始考虑连续介质不规则运动的特点,其中有别于气体分子不规则运动的最主要特点是运动的多尺度性.第一个提出流体湍流运动中多尺度输运特性的科学家mchardson(1922年）曾描述湍动能的多尺度传输过程如下：“大涡包含小涡，并喂予速度；小涡包含更小的涡，如此继续直到黏性耗散”.多尺度的思想导致产生描述多尺度的谱概念和谱分析方法，并最终产生了Kolmogorov(1941年)的局部各向同性的通用谱(即5/3谱）。 湍流不仅是多尺度的而且是有结构的运动。20世纪中叶，大量的湍流实验(包括测量和显示）发现多尺度的湍流运动存在某种特殊的运动状态。Townsend（1951年），Corrsin(1955年）和Lumley(1965年)等从脉动序列的间歇性和空间相关相继推测湍流结构的可能形态。理论上也提出过各种湍涡的模型：球涡模型，柱涡模型等。早期的湍流结构主要是从运动学上考虑,把旋涡结构作为湍流统计的样本。我国的周培源教授是近代湍流模式的奠基人之一,他首先提出先解方程后平均的统计方法，就是说湍涡必须满足Navier—Stokes方程（Chou and Chou，1995年）. 真实的、可以观察到的湍流结构通过流动显示,以及稍后湍流直接数值模拟所证实。典型的例子是混合层的Brown—Roshko涡（1976年），图1明显地展示了混合层中存在规则的大涡和分布在大涡周围的细小湍涡.在边界层、槽道和圆管湍流中也存在各式各样的大涡结构.例如，用激光诱导荧光的显示方法，我们可以在圆管湍流中观察到周向（图2a）和流向大涡(图2b）。值得提出的是,不仅在剪切湍流中有大涡结构,简单的均匀各向同性湍流中也存在涡结构。图3展示的是各向同性湍流的直接

水流湍流系数

水流湍流系数，也被称为湍流混合系数，是一种海洋学中的专业名词，用于描述流体中流动状态的不稳定程度。它在一定程度上能够体现物质湍流迁移通量与平均浓度梯度之间的关系，通常被用以描述流体中流体动力学特征的分布情况。该系数能够被确定并通过监测流体的温度、盐度等被动物理量的平均分布，或者在固定地点进行观测来实现。 水流湍流系数的大小通常与水流速度、温度、盐度、密度等因素有关，因此对于制定河流管理策略和水力工程的设计有着重要的作用。影响水流湍流系数的主要因素包括： 1. 流速：水流速度的变化会直接影响湍流的发生，因为流速是决定湍流强度的重要因素。 2. 水深：水深对水流的湍流系数有很大影响。在浅水区，水流较为平缓，不易发生湍流；而在深水区，水流湍流系数会随着水深的增加而增加。 3. 水质：水中的杂质、颗粒等都会影响水流的湍流系数。这些杂质在水流中可能产生扰动，导致水流变得不稳定。 4. 水流的不稳定性：流体的流动具有不稳定性，其湍流系数往往会随着流动的不稳定性而增加。例如，湍流可以在湍涡分离、旋转、弥散和剪切等过程中形成。 5. 地形地貌：水流的湍流系数还会受到地形地貌的影响，例如河床的形状、河道的宽度等。不同的地形地貌会导致水流在不同的区域产生不同的湍流系数。 水流湍流系数的测量方法主要有以下几种： 1. 水力探针法：利用水力探针插入水流中，测量水流的脉动速度和压力，然后利用相关公式计算湍流系数。这种方法适用于测量快

速流动的水流。 2. 叶轮测量法：在水流中安装一个叶轮，利用叶轮的转动速度和阻力来计算湍流系数。这种方法适用于测量较慢流动的水流。 3. 三维流场测量法：通过测量水流中的流速、压力、温度等物理量，利用三维流场分析软件计算湍流系数。这种方法适用于测量复杂流场的湍流系数。 4. 超声波测量法：通过测量水流中的超声波传播速度来计算湍流系数。这种方法适用于测量较宽广的水流区域。 5. 现场实验法：利用实船实验或水槽实验测量水流中的湍流系数，适用于不同水深和速度条件下的水流。 以上是水流湍流系数的测量方法，具体应用时需要根据实际情况选择合适的测量方法。

湍流模型公式

湍流模型公式 湍流模型公式是研究复杂流场的理论模型，由美国科学家亨利莱茨史密斯（Henry L. Smith）在1941年提出，它可以有效地用于模 拟和研究湍流性质。湍流模型公式也被称为史密斯-史密斯-贝尔（SSB）湍流模型，它是要全面描述湍流的最常用的模型之一。 湍流模型公式的核心是以下一维湍流方程： u_t+(uU)_x=νu_xx+ f(x,t) (1) 其中u(x,t)为流体速度，U(x,t)为水流平均速度，ν为流的粘 性系数，f(x,t)为外力。另外，有必要提到的是，湍流模型公式还包括一维流体剪切应力方程和一维湍流能量方程： τ_t+(uτ)_x =ντ_xx+συw (2) E_t+(uE)_x =νE_xx+σu^2w (3) 其中τ(x,t)为流体剪切应力，E(x,t)为湍流能量，σ为流的粘 性系数，u(x,t)为流体速度，U(x,t)为水流平均速度，υw为对流湍流损失（eddy viscosity）。 湍流模型公式最引人注目的特点是它准确地描述了湍流动力学 的复杂性，因此它可以用来模拟流动场中的湍流运动，以提出解决实际技术问题的方案。因此，湍流模型公式已广泛应用于工程和科学领域，如水资源开发、船舶控制、海洋工程、航空设计、气动学等。 湍流模型公式的求解用到了数值方法，即有限差分法。它可以将

湍流动力学的三维湍流问题简化为一维湍流问题，然后使用有限求差分法（FD）或有限元法（FEM）对参数进行有效求解。其主要过程如下： 1. 使用有限差分法或有限元法对定义的流动模型进行离散； 2.用叙述方法或迭代方法求解湍流模型公式； 3. 使用反演方法或最优控制方法优化参数； 4.析和模拟湍流的空间和时间变化及其特性。 湍流模型公式的应用范围越来越广泛，它对于实际工程外面的许多流体动力学问题具有重要的理论意义和工程意义，这些问题包括流体运动的抗阻，水动力学的结构优化设计，湍流动态特性，空气动力学的优化控制，结构调节系数的估计，气动学的分析等等。 而且，以湍流模型公式为基础的数值模拟技术也可以帮助工程师正确地分析复杂的流场，为提高流体设备性能、改善结构及消除流体回旋运动等工程提供有效的参考。 总之，湍流模型公式具有重要的理论意义和实际意义，是研究复杂流体场的理论模型，不仅可以有效地模拟和研究湍流性质，还能有效地用于解决实际工程问题和处理复杂流体系统中的技术场景。

第三章湍流模型

第三章湍流模型 湍流模型第一节前言湍流流动模型很多，但大致可以归纳为以下三类： 第一类是湍流输运系数模型，是Boussinesq于1877年针对二维流动提出的，将速度脉动的二阶关联量表示成平均速度梯度与湍流粘性系数的乘积。即： 3－1 推广到三维问题，若用笛卡儿张量（笛卡尔坐标系）表示，即有： 3－2 为DELT函数，一般i=j时为1，否则为0. 模型的任务就是给出计算湍流粘性系数的方法。根据建立模型所需要的微分方程的数目，可以分为零方程模型（代数方程模型），单方程模型和双方程模型。 （模拟大空间建筑空气流动）μt=0.038 74ρvl （模拟通风空调室内的空气流动）比例系数由直接数值模拟的结果拟合而得，其中：v为当地时均速度，l为当地距壁面最近的距离。 第二类是抛弃了湍流输运系数的概念，直接建立湍流应力和其它二阶关联量的输运方程。 第三类是大涡模拟。前两类是以湍流的统计结构为基础，对所有涡旋进行统计平均。大涡模拟把湍流分成大尺度湍流和小尺度湍流，通过求解三维经过修正的Navier-Stokes方程，得到大涡旋的运动特性，而对小涡旋运动还采用上述的模型。 实际求解中，选用什么模型要根据具体问题的特点来决定。选择的一

般原则是精度要高，应用简单，节省计算时间，同时也具有通用性。参见：湍流模型的选择资料。 FLUENT提供的湍流模型包括：单方程（Spalart-Allmaras）模型、双方程模型（标准κ-ε模型、重整化群κ-ε模型、可实现(Realizable)κ-ε模型）及雷诺应力模型和大涡模拟。 Zero-Equation Models One-Equation Models Spalart-Allmaras Two-Equation Models Standard k-e RNG k-e Realizable k-e Reynolds-Stress Model Large-Eddy Simulation Direct Numerical Simulation 包含更多物理机理每次迭代计算量增加FLUENT提供的模型选择RANS-based models 湍流模型种类示意图大涡模拟启动需要用命令：(rpsetvar ＇les-2d? #t) 第二节平均量输运方程输运过程的粘滞系数、扩散系数和热传导率，故称为输运方程雷诺平均就是把Navier-Stokes方程中的瞬时变量分解成平均量和脉动量两部分。对于速度，有： 3－3 其中，和分别是平均速度和脉动速度（i=1,2,3）类似地，对于压力等其它标量，我们也有： 3－4 其中，表示标量，如压力、能量、组分浓度等。 把上面的表达式代入瞬时的连续与动量方程，并取平均（去掉平均速度上的横线），我们可以把连续与动量方程写成如下的笛卡儿坐标系下的张量形式： 3－5 3－6 上面两个方程称为雷诺平均的Navier-Stokes（RANS）方程。他们和瞬时Navier-Stokes方程有相同的形式，只是速度或其它求解变量变成了时间平均量。额外多出来的项是雷诺应力，表示湍流的影响。

不同类型的湍流参数

不同类型的湍流参数 【最新版】 目录 1.湍流参数的定义 2.不同类型的湍流参数 a.雷诺数 b.努塞尔数 c.瑞利数 d.凯尔文数 e.普朗特长度 3.各种湍流参数的应用 4.参数之间的关系 正文 一、湍流参数的定义 湍流参数是用于描述流体在湍流状态下的性质的参数，它可以反映流体的混合程度、涡旋特性等。在实际应用中，通过湍流参数可以对湍流进行分类和预测，从而对工程、科学研究等领域提供依据。 二、不同类型的湍流参数 1.雷诺数（Re） 雷诺数是反映流体惯性力和粘性力之间关系的参数，它是流体在湍流状态下的基本特征之一。雷诺数的计算公式为：Re = ρvL/μ，其中ρ为流体密度，v为流体速度，L为特征长度，μ为流体动力粘度。 2.努塞尔数（Nu）

努塞尔数是反映流体热传导和对流传热之间关系的参数。努塞尔数的计算公式为：Nu = h/(q*L)，其中h为流体对流传热系数，q为流体热传导系数，L为特征长度。 3.瑞利数（Ri） 瑞利数是反映流体湍流特性的参数，它是湍流流动阻力与惯性阻力之比。瑞利数的计算公式为：Ri = ρv/(2μ)，其中ρ为流体密度，v 为流体速度，μ为流体动力粘度。 4.凯尔文数（Ke） 凯尔文数是反映流体湍流混合程度的参数，它是湍流流速的标准差与特征长度之比。凯尔文数的计算公式为：Ke = σv/L，其中σv为湍流流速的标准差，L为特征长度。 5.普朗特长度（λ） 普朗特长度是反映流体湍流特性的参数，它是流体速度的标准差与流体密度之比。普朗特长度的计算公式为：λ = σv/ρ，其中σv为流体速度的标准差，ρ为流体密度。 三、各种湍流参数的应用 不同的湍流参数在工程、科学研究等领域有着广泛的应用。例如，雷诺数可以用于判断流体的流动状态，努塞尔数可以用于分析热传导和对流传热，瑞利数可以用于判断湍流混合程度等。 四、参数之间的关系 各种湍流参数之间存在密切的联系，它们可以相互转换和推导。例如，瑞利数与努塞尔数之间的关系为：Ri = Nu^(1/2)*(ρ/μ)^(1/2)，普朗特长度与凯尔文数之间的关系为：λ = (Ke^2/2)^(1/2)*(ρ/μ)^(1/2) 等。

河流水流力量计算公式

河流水流力量计算公式 在自然界中，水流是一种非常常见的自然现象，尤其是在河流中。水流的力量 是非常强大的，它可以改变地形，影响生态系统，甚至对人类社会产生影响。因此，对于河流水流力量的计算是非常重要的。下面我们将介绍一些常用的河流水流力量计算公式。 首先，我们需要了解一些基本的水流力量的概念。水流的力量可以通过流速和 流量来计算。流速是指单位时间内水流通过的距离，通常以米/秒为单位。流量是 指单位时间内流经某一横截面的水量，通常以立方米/秒为单位。而水流的力量可 以通过流速和流量的乘积来计算。 在河流水流力量计算中，最常用的公式是动能公式和单位面积水力公式。动能 公式可以用来计算水流的动能，即水流的动能可以表示为1/2 ρ v^2 A，其中ρ 为水的密度，v为流速，A为流经横截面的面积。而单位面积水力公式可以用来计 算单位面积上的水力，即单位面积上的水力可以表示为ρ g h S，其中g为重力 加速度，h为水深，S为水流的坡度。 另外，还有一些其他的水流力量计算公式，比如雷诺数公式和曼宁公式。雷诺 数公式可以用来描述水流的湍流特性，即雷诺数可以表示为ρ v L / μ，其中L为特征长度，μ为水的动力粘度。而曼宁公式可以用来计算水流的流速，即流速可以表示为v = k R^2/3 S^1/2，其中k为曼宁系数，R为水流的水力半径，S为水流的 坡度。 在实际应用中，我们可以根据具体的情况选择合适的水流力量计算公式。比如 在河流工程中，我们可以根据河流的特性和需要计算出水流的力量，以便进行工程设计和规划。另外，在水资源管理和环境保护中，我们也可以利用水流力量计算公式来评估河流的水力资源和生态影响，从而制定合理的管理措施。

水的湍流普朗特数

水的湍流普朗特数 常温下水的湍流普朗特数可达10以上。 拓展： 1、普朗特数Prandtlnumber流体力学中表征流体流动中动量交换与热交换相对重要性的一个无量纲参数,表明温度边界层和流动边界层的关系，反映流体物理性质对对流传热过程的影响在考虑传热的粘性流动问题中，流动控制方程(如动量方程和能量方程)中包含着有关传输动量、能量的输运系数，即动力粘性系数μ、热导率k和表征热力学性质的参量定压比热cp,通常将它们组合成无量纲的普朗特数来表示,简记为Pr,Pr＝μcp/k,式中粘度μ的单位为牛·秒/米2或公斤/（秒·米），比热容c的单位为焦/（公斤·开），热导率λ的单位为瓦/（米·开）。 2、当几何尺寸和流速一定时，流体粘度大，流动边界层厚度也大；流体导温系数大，温度传递速度快，温度边界层厚度发展得快,使温度边界层厚度增加。

3、因此,普朗特数的大小可直接用来衡量两种边界层厚度的比值。 4、普朗特数是因纪念德国力学家L.普朗特在这方面的贡献而命名的。 5、大多数气体的Pr数均小于1，但接近于1；例如，对空气（γ＝1.4，γ为比热比）近似为3/4，对单原子气体（γ＝5/3）为2/3，且随着γ趋于1，Pr数也趋近于1。 6、有些情况下，气体的Pr数远大于1。 7、常温下水的Pr数可达10以上。 8、利用气体Pr数接近于1的特点，在分析气体边界层问题时，常假定Pr＝1,从而简化方程的处理。 9、如平板边界层中,当取Pr＝1时，动量方程和能量方程的形式相似，它们的解呈线性关系，即克罗科关系。 10、通过解动量方程求出速度分布后，无需联立求解动量、能量方程，只利用克罗科关系就可求得温度分布。

湍流名词解释

湍流名词解释 湍流是指含沙量较高的水流遇到明显的阻碍时，由于摩擦力和粘滞力不能克服水流对水流所产生的侧向剪切力而造成水流呈不稳定 状态的一种运动。其实质是多股水流相互作用，使泥沙在紊动中产生旋转，大部分沙粒又因惯性下沉而发生涡动。 湍流层出现在垂直水深方向上含沙量有变化的各种过渡带内，如河口、三角洲、海湾等处，在相应的底部和表层水流中。湍流也叫混合流。因为紊动速度具有很大的不规则性。凡泥沙运动不仅含有随机因素，而且还存在着规律性，这就是说不同地点所形成的紊动速度及其组成成分都不相同，如沿河床运动的底层泥沙所形成的紊动速度，与冲积平原区的紊动速度不同；但总体来讲，都是指紊流。通常把紊动速度或最大紊动速度取0～3m/s的流动区段，称为湍流区。所以，紊流区可视为含沙量梯度减小的区域。 表示湍流流速分布的参数，如水深、平均紊流强度及紊流脉动幅值，都是指示性的。若按能量守恒原理，紊动强度应由紊动功耗散而减小，但事实上紊动强度会增大，这是因为紊动能使一部分泥沙悬浮于水中，当它们离开原来的位置而运动时，不可避免地将带走更多的能量，使紊动强度增大。湍流区上游的含沙量多于下游，反之亦然。但此比例系数与泥沙粒径和分选程度无关。表示含沙量或泥沙粒径均匀性的指标。有加拿大克朗代尔提出的比沙值，是取沙河流每公里面积上沙粒平均重量为100吨，计算得到，具有很好的代表性。用比沙值估计湍流输沙率，只适用于粗沙或沙粒径5毫米以上的细沙，不适

用于其他细沙或中沙。表示泥沙粒径均匀性的指标，为单粒级含沙量比值的平方根，为表示泥沙颗粒大小的指标。与比沙值相似，也取一定河流的泥沙平均粒径为100吨，求算出单粒级含沙量的平方根，以判断河流泥沙分选程度的指标。按沙粒径，可分为粗沙和细沙两类。 概念：从宏观尺度看，自由水面下各种运动状态的水流称为紊流，是大气边界层的一个组成部分；而从微观角度看，水体质点的运动受粘滞力影响并呈现出随机性的称为湍流，它是一种十分复杂的流动形式，有的湍流局部区域存在扰动后，将形成“有旋涡的湍流”，其大小、方向、长短随时间改变而改变，往往旋涡会变得十分复杂，而成为一种流动奇异现象。

湍流的产生和解释

湍流的产生和解释 湍流是如何产生的？有哪些模型可以预测和解释湍流现象？ 关于第一个问题,可以先从流体的流动讲起.假设有这样一根管道,我在一头 加上一个水龙头,然后通过调节水龙头的大小来控制水的速度.一开始,水龙头开 度比较小,这时候是层流〔如下图〕. 细致地调节细管中红水的流速,当它与主流管内水流速度相近时,可以看到 清水中有稳定而清晰的红色水平流线,表明这时主流管中各水层互不干扰地流动. 逐渐加大水龙头的开度,层流就慢慢的变成湍流了.这时流线不再清楚可辨,流场 中有许多小漩涡,层流被破坏,相邻流层间不但有滑动,还有混合.这时的流体作 不规则运动,有垂直于流管轴线方向的分速度产生〔如下 图〕.

所以我们现在可以说,层流与湍流的最大区别就是流速了〔单单对于上例来说〕.流速较小的时候,流动比较规则,分层现象比较明显.流速大了之后就开始乱了,各种漩涡,滑动. 现在来看看究竟怎么区别层流和湍流,或者说究竟与哪些因素有关.这里我们先引入雷诺数的概念.雷诺数〔Reynolds number〕一种可用来表征流体流动情况的无量纲数,以Re表示,Re=ρvd/η,其中v、ρ、η分别为流体的流速、密度与黏性系数,d为一特征长度.黏性就是指当流体运动时,层与层之间有阻 碍相对运动的内摩擦力.举个例子,假如有一群人手拉手的往前跑,大家开始跑得都很慢,突然有一个人不想跟他们一起玩这个脑残的游戏了,所以任性的加快了速度.如果手拉的不紧,他就很容易逃脱—这就是黏性比较小,相互之间摩擦力较小；如果手拉的越紧,他就越不容易逃脱—这就是黏性比较大,相互之间摩擦力较大.另一方面,要是不容易逃脱,他只要加快速度,终究是可以逃脱的. 这个例子或许不那么恰当,但是可以说明雷诺数的概念了.雷诺数其实是一个无量纲数,表示作用于流体微团的惯性力与粘性力之比.当雷诺数较小时,黏滞力对流场的影响大于惯性力,流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减,流体流动稳定,为层流；反之,若雷诺数较大时,惯性力对流场的影响大于黏滞力,流体流动较不稳定,流速的微小变化容易发展、增强,形成紊乱、不规则的湍流流场. 这里贴一X从层流发展为湍流的图〔中间有一段过渡段,这也很容易理解,数值上的绝对反映到实际情况下,基本都有一段过渡 段〕. 再简单的概况一下,湍流就是当流体的惯性力影响大于黏滞力时,流动有较规则分层明显的层流变为不规则的运动的情况. 对于第二个问题,有哪些模型可以预测和解释湍流现象？ 现在的模型大多都是近似的模型.如果硬要说说预测和解释的话,应该是连

不同水深流速分布及推力计算

一、流速分布及计算 自然界中的水流大部分是湍流。湍流是一种高度复杂的非线性流体运动，在空间中不 规则、时间上无秩序，具有在运动过程中液体质点不断混掺的运动特性。实际中流速计算 一般根据实测数据进行推导，具有代表性的是“六点测流法”，2014年之后，声学多普勒 流速剖面仪开始被采用，随后有部分学者提出了相应的“多点法测速计算”。 水流由于受到层间切应力的作用，其流速沿水深而变化，河底流速小，水面流速大， 河底流速受河床的粘滞作用，基本为零。理论上水流流速由下往上可分成直线层、过渡层、对数区和外层区，其相应的计算公式如下： (一) 直线层 水流为层流（层流是流体的一种流动状态，它作层状的流动。流体在管内低速流动 时呈现为层流，其质点沿着与管轴平行的方向作平滑直线运动。流体的流速在管中心处 最大，其近壁处最小。管内流体的平均流速与最大流速之比等于0.5。），只受粘滞切应力，此时流速可按下式计算： J：水力坡度；。水力坡度，又称比降，是指河流水面单位距离的落差，常用百分比、千分比、万分比表示。 (二) 过渡层 水流由层流向紊流过度，既受粘滞切应力，又受紊动切应力。 计算方法：近似按照直线层或者对数层公式计算。 （三）对数区 水流为紊流，主要受紊动切应力影响，流速分布呈对数曲线规律,一般计算公式如下： 其中A和B是系数，与床面粗糙情况有关，通过实际资料确定，y为计算点至河床的距离。爱因斯坦提出的具体计算公式如下:

其中 为床面粗糙高度，可取床沙代表粒径；x 为反映对流速分布实际影响的系数，与? ?值有关； :为近壁层流层的厚度。 直线层、过度层、对数区合称为内层区，区内流速分布主要受床面的影响。 （四） 外层区 水流为紊流，其流速分布除受床面的影响外，还要受到上游来流条件和上部边界条件的影响，因而其分布规律偏离对数曲线而有一流速增值，计算公式的一般计算形式为： 式中， 为尾迹强度系数；k 为卡门常数；ω为函数符号； 和k 通过实测资料确定。y 意义同前，h 为断面水深。 (五)实际应用 在实际中，通常将对数区的流速分布公式推广到全部水深，根据全部水深上的流速分布资料来确定对数流速分布公式中的系数，再将对数流速分布公式用到全部水深上去。 在宽深比介于6至10之间的的河槽中，断面上任一点的水流不仅受到来自河底紊动涡体的作用，还同时受到来自河岸紊动涡体的作用。纵向流速不仅沿水深变化，沿断面横向分布也是不均匀的，接近河岸的垂线与河心的垂线流速分布相差较大，岸边垂线的最大流速往往不在水面上。河槽过于窄深时，河中心垂线的最大流速也不在水面。 （六）六点实测法计算垂线平均流速 一般的流速垂线分布形式如右图所示。设 六点法测量的水深位置分别为h 0 h 1 h 2 h 3 h 4 h 5, 对应的流速分别为V 0 V 1 V 2 V 3 V 4 V 5,从表层到底层 两层之间面积为分别为S 0 S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 ，则用积 分方 法得到的垂线平均流速V 计算公式如下： V= (S 0 +S 1 +S 2 +S 3 +S 4+S 5 ) 在传统的六点法测流中，通常是 h 0=0,h 1=0.2H,h 2=0.4H,h 3=0.6H,h 4=0.8H,h 5=H, 则上式可优化为V= V 0+2（V 1+V 2+V 3+V 4）+V 5]。 如需计算某一点的流速，则根据上述测得值所汇出的函数图像，可以粗略估计某一点的流速。