海岸工程1丁坝

丁坝绕流的实验分析丁坝绕流的实验分析 一 水位标定和流速标定步骤一 水位标定和流速标定步骤 水位标定 采用断面移动的方法进行测量 将移动前的水位标定为初始水 位 并作为往后断面的初始水位 流速标定 通过测量水中粒子运动的速度来简接测量水的流速 首先将白色圆 点之间的距离为 10 毫米的铁板放在合适的位置作为比例尺 或者有清晰刻度的 尺子 然后将相机定焦在该水平面上 再将激光打在相同平面上 利用同步器 按下快门的同时 激光也能同时亮起 通过测量较短时间间隔内粒子移动的位 移来计算瞬时速度 2 2 水位测量及流速过程水位测量及流速过程 水位测量 手动移动探头位置 依次到各个站位 选取丁坝上游 丁坝上方 丁坝下游 3 个断面作为水位测量点 采集水位数据为 30 秒 流速测量 通过照相机测量流速 使用 tecplot 简单处理数据画出流速的等直 线图 流线图和流速矢量图 3 3 丁坝绕流分析丁坝绕流分析 非淹没丁坝 丁坝对岸侧水位由断面 1 到断面 2 有十分微小的增加 断面 2 到 断面 3 水位显著下降 断面 3 到断面水位微弱增加 淹没丁坝 丁坝侧水位由断面 1 到断面 2 基本保持不变 断面 2 到断面 3 水位 显著下降 当水流流向丁坝时 由于受丁坝壅阻 使上游比降减缓 流速降低 水位 壅高 当水流到达丁坝位置时 由于河面束窄 比降和流速迅速增大 水流流 过丁坝后 由于惯性作用 水流会继续收缩 流速 比降迅速增大 水位降低 然后又逐渐扩散与水槽水位相接 恢复到原来的水位 从流线图可以得出 出现这种流速分布的原因主要是由于丁坝布置在左岸 丁坝阻水 上下游区域均出现回流区 由于受丁坝阻挡的水流 无论是下沉 上翻或者在平面上转向后都将绕过坝头而下泄 下泄水流与坝后静止水流之间 存在流速梯度 产生切应力 坝后静水在此切应力作用下流动开始形成副流 同时此副流的一部分在主流的携带下随主流一起流向水槽下游 按照流体的连 续性 靠近槽壁的静水必然向前补充 这样水流在丁坝后部就形成了一个闭和 的回流区 一般称为坝后回流区 由流速等直线图可以看出 由于受丁坝阻挡的水流 形成回流区 也就是 旋涡 在涡的中心 流速非常小 可以认为流速为 0 由涡中心至外围 可以 明显的看出流速是逐渐的增大 最外围恢复到正常的流速大小 流速沿断面的横向分布有从丁坝一侧开始流速迅速增大 流速在水槽中部 偏左左右达到最大 随后略有减小 而后流速变化不大 流速分布趋于均匀化 的特点 在丁坝的后侧形成了涡 流速最小 在水槽的中部偏左处水流的 流 速最大 且逐渐减小 最后趋于稳定 水流绕过丁坝头部时 其流线曲率 速度旋度的垂直分量及压力梯度都很 大 因此 水流绕坝头一定角度后 坝头水流边界层即发生分离 分离点以下 出现旋转角速度较大的垂直轴旋涡 水流受丁坝的影响 两岸纵向水面线是不 一样的 丁坝所在的一侧 上游因坝体阻挡产生局部壅水 水面线有较短距离 的逆坡 水流绕过坝头后 水位急剧降落 再向下游水位上升呈倒坡 并延伸 到回流区以下 这为坝后回流区的形成提供了动力 这是近壁处产生逆向流动 的根本原因 受丁坝影响后 在丁坝上游 行进丁坝的水流速度有所降低 同时 因绕 过坝头其方向也向对岸偏转 在丁坝轴线断面上流速分布发生剧烈的变