Open-Channel Turbulence Structure of Flow with Separation and Large Free-Surface Deformation

分离和大自由表面变形流动的明渠湍流结构

基本信息

  • 批准号:
    12650514
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 0.38万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    2000
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2000 至 2001
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Turbulence properties of an open-channel flow with a sudden change of bed elevation were experimentally investigated Using an image analysis method. In the present study, open-channel flows having a backward-facing step with or without a forward-facing step were treated. In the case with a forward-facing step, the elevation of the step was varied so that a non-symmetric concavity section was, formed in the middle of the channel, which we called a trench section. In the case of a single backward-facing step, turbulent flows with or without sand, roughness were investigated for comparison.In the trench case, it was found that an oscillatory hydraulic jump is generated within the trench section for a narrow range of the trench aspect ratio. In $he beginning, this phenomenon was considered as a result of the interaction between separation vortices from the upstream step and water surface. However, it was made clear that the periodic oscillation was caused by the imbalance between the mean velocity and the speed of wave created just downstream of the forward-facing step for a certain flow condition. The turbulence properties within the trench section were clarified using the image analysis ,techniques referred to as the Particle Tracking Velocimetry (PTV) and the Particle Image Velocimetry (PIV). A high-speed video camera and a high resolution video camera were utilized for these purposes. It was made clear that the increase of energy dissipation is closely related to the level of turbulence in the trench section. For the case of a backward-facing step, it was found that the reattachment length becomes about twenty percent shorter when the bed was roughened by sand elements, -which is a new finding never reported, elsewhere.
采用图像分析方法,对河床高程突变时明渠流动的湍流特性进行了实验研究。在本研究中,对有或没有前向台阶的后向台阶的明渠流动进行了处理。在朝向前方的台阶的情况下,台阶的高度发生了变化,因此在河道的中间形成了一个不对称的凹凸部分,我们称之为沟槽部分。在单个后向台阶的情况下,湍流有或没有沙子,粗糙度进行了比较研究。在沟槽情况下,发现在沟槽宽高比的窄范围内,沟槽段内产生振荡水力跳变。一开始,这种现象被认为是上游台阶分离涡与水面相互作用的结果。然而,明确了周期振荡是由于在一定的流动条件下,前台阶下游产生的平均速度与波速之间的不平衡造成的。利用图像分析技术,即粒子跟踪测速技术(PTV)和粒子图像测速技术(PIV),阐明了海沟剖面内的湍流特性。为此使用了高速摄像机和高分辨率摄像机。结果表明,能量耗散的增加与槽段湍流程度密切相关。对于面向后的台阶,人们发现,当床层被砂元素磨粗后,重新连接的长度缩短了大约20%,这是一个在其他地方从未报道过的新发现。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Fujita, I. and Maruyama, T.: "Characteristics of open-channel backstep flow with a trench"Journal of Applied Mechanics JSCE. Vol.3(in Japanese). 787-796 (2000)
Fujita, I. 和 Maruyama, T.:“带有沟槽的明渠后退流的特征”应用力学杂志 JSCE。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
藤田一郎: "トレンチ付き落差工流れの水理特性"水工学論文集. 第45巻. 403-408 (2001)
藤田一郎:“沟渠水头工程的水力特性”,水利工程学报,第 45 卷,403-408(2001 年)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
藤田一郎, 丸山達弥: "トレンチを有する開水路段落ち流れの特性"応用力学論文集. Vol.3. 745-752 (2000)
Ichiro Fujita、Tatsuya Maruyama:“带有沟槽的明渠中的阶梯流特征”应用力学杂志,第 3 卷,745-752(2000 年)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
藤田一郎, 丸山達弥: "非対称トレンチ流れにおけるエネルギー損失"土木学会関西支部年次学術講演会講演概要. II-57-II-57-2 (2000)
Ichiro Fujita、Tatsuya Maruyama:“非对称沟槽流中的能量损失”日本土木工程师学会关西分会年度学术会议摘要 II-57-II-57-2 (2000)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
丸山達弥, 藤田一郎, 中野正悟: "開水路非対称トレンチ部における振動跳水の特性"土木学会関西支部年次学術講演会講演概要. II-32-1-II-32-2 (2001)
Tatsuya Maruyama、Ichiro Fujita、Shogo Nakano:“明渠非对称沟渠剖面中振荡水跃的特性”日本土木工程学会关西分会年度学术会议摘要 II-32-1-II。 -32-2 (2001)
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