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通过点流速模拟管网实时断面流速的测量方法:明渠的速度流场简介

在非常宽、开放的渠道中,充分发展的速度具有边界层剪切流的某些现象学特征,如在具有零压力梯度边界层的管道中所见。这样的渠道包含具有特征长度、速度和湍流能量的不同区域。湍流是定义描述渠道速度的适当函数所需的关键方面。在流体中,湍流能量传输通过级联过程从较大的涡流(产生)到较小的涡流,由于流体的粘度,能量最终消散为热量。每个区域在湍流产生和消散方面表现不同。

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内部流体层,也称为内部或壁区域。该区域可以分为三个范围:亚层流层、湍流区和中间区。次层流层靠近仅存在粘性效应的壁。该区域内的湍流没有变化,主要是粘性效应。请注意,该区域的范围非常小,在其中剪应力被认为是恒定的。相比之下,湍流区域包含湍流和粘性效应,垂直速度分布服从对数定律。过渡区或中间区是以高能量转移为特征的区域。该区域出现爆发现象,表明湍流能量产生超过耗散。因此,能量传递主要作为热量通过次层流层消散。该区域的范围也非常小。总体而言,与湍流区域相比,次层流层和中间区域非常小。


自由表面区域主要由与流动类型相对应的长度和速度尺度决定。它的范围可以从在宽阔的通道中表现出具有水平的最大速度,到管道中心线上的最大速度。就湍流能量而言,该区域以能量耗散为主。最初在壁区域中产生的湍流能量被自由表面处的湍流消散,两者之间有一个中间区域。该区域主要受水深和剪切应力之间的关系支配,湍流能量的产生和耗散在量级上相当。



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