明渠恒定均勻流流速垂向分布研究

方 崇，郝嘉凌*

(1.河海大學 海岸災害及防護教育部重點實驗室，南京 210098；2.河海大學 港口海岸與近海工程學院，南京 210098)

在現(xiàn)階段，流速分布被認為是分析研究河流潮流等極為重要的物理量，它是反映流體特性最基本的特征量。流速垂向分布結(jié)構、底邊界層的厚度、底邊界層垂向紊動結(jié)構等是研究底邊界層垂向結(jié)構的主要內(nèi)容[1-2]。近些年來，不斷有學者對于恒定流和非恒定流近底層流速垂向結(jié)構和水流的紊動特性等因素進行研究。王元葉[3]利用實測數(shù)據(jù)分析了長江口漲落潮和徑潮流變化對垂線流速分布的影響。郝嘉凌[4-5]研究了河口海岸近底層水流結(jié)構及摩阻特性，并給出了多種流速分布公式。還有其他學者也對潮流情況下的垂線流速結(jié)構分布以及湍流特征量進行了分析[6-9]。而對明渠水流的流速分布規(guī)律[10-17]的研究，也大都是對摩阻流速、粗糙長度等湍流特征量的討論，很少對紊流度和底邊界層厚度等進行分析。

此前的研究對于底坡比降、流速、總水深同時變化情況的分析較少，尤其是對紊流度和底邊界層厚度的影響的討論。為了進一步研究不同工況下的明渠恒定流近底層流速結(jié)構，本文以PIV試驗為基礎，進行6組不同比降、流量下的明渠恒定流試驗，并整理分析垂向流速分布、紊流度、底邊界層厚度和比降、總水深、水位等參數(shù)的相互關系。

1 試驗概況

1.1 試驗裝置

1.1.1 PIV系統(tǒng)

本試驗采用的PIV系統(tǒng)包括以下組件：脈沖激光器(采用釔鋁石榴石激光器，脈沖能量190 MJ，脈沖頻率15 Hz)；……