Экспериментально-аналитическое обоснование единого профиля скорости и гидравлического инварианта для турбулентных потоков

• Автор: Байков, Виталий Николаевич
• Шифр специальности: 05.23.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 131 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АНАЛИЗА КИНЕМАТИКИ И ДИНАМИКИ ВЯЗКИХ ТЕЧЕНИЙ
1.1 Закон внутреннего трення Ньютона. Уравнение движения Навье-Стокса. Гипотеза Ж.В. Буссинеска о турбулентной вязкости
1.2 Обмен количеством движения между слоями турбулентного потока. Полуэмпирическая теория турбулентности, анализ априорных гипотез Л. Прандтля. Профили скорости при течениях в гладких и шероховатых границах
1.3 Связь между распределением скоростей и гидравлическим сопротивлением
1.4 Уточнение параметра Кармана и второй константы турбулентности с использованием данных по гидравлическому сопротивлению гладких и шероховатых труб
ГЛАВА 2. КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТУРБУЛЕНТНОГО ТЕЧЕНИЯ В ТРУБАХ И КАНАЛАХ В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЯЮЩЕГОСЯ ТРЕНИЯ. ПРИНЦИП ЛОКАЛЬНОГО КИНЕМАТИЧЕСКОГО ПОДОБИЯ ТЕЧЕНИЙ
2.1 Распределение скоростей в равномерном турбулентном потоке с учетом вязкого и турбулентного трения, изменяющегося по глубине потока
2.2 Пристеночная область течения. Вязкий подслой, толщина и распределение скоростей в подслое
2.3Принцип локального кинематического подобия потоков Т. Кармана и соответствующие ему распределения скоростей при турбулентном течении
2.4 Анализ адекватности гидравлического сопротивления и распределения скоростей в трубах и широких каналах при ламинарном и
турбулентном течении
ГЛАВА 3. УТОЧНЕНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ ДЛЯ ТУРБУЛЕНТНОЙ ВЯЗКОСТИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТЕЙ. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ИНВАРИАНТ ТЕЧЕНИЯ И СОПРОТИВЛЕНИЯ
3.1 Уточнение зависимостей для турбулентной вязкости и логарифмического распределения скоростей при течениях в гладких и шероховатых границах
3.2 Взаимосвязь уточненных профилей скорости с закономерностями гидравлического сопротивления
3.3 Условия физической реализации степенного распределения скоростей
3.4 Единое распределение скоростей в трубах при различных режимах гидравлического сопротивления
3.5 Гидравлический инвариант течения и сопротивления для труб, каналов и речных русел
ГЛАВА 4. МЕТОДИКА, ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ НАТУРНЫХ И ЛАБОРАТОРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НАПОРНЫХ И ОТКРЫТЫХ ПОТОКОВ
4.1 Объекты натурных и лабораторных исследований
4.2 Методика и техника измерений скоростей в напорных гладких и шероховатых трубах (по опытам И. Никурадзе). Обоснование особенностей обработки и «выбраковки» отдельных опытных данных
4.3 Особенности натурных измерений скоростей в речных потоках
4.4 Методика измерений и обработки опытных данных по распределению скоростей в открытых лабораторных каналах
ГЛАВА 5. ПРИМЕРЫ ИНЖЕНЕРНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛУЧЕННЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ
5.1 Оценка значимости выполненных уточнений логарифмических распределений скоростей в гладких и шероховатых трубах и каналах
5.2 Примеры использования единого логарифмического распределения скоростей для гидравлических расчетов в переходном режиме сопротивления
5.3 Использование гидравлического инварианта для определения коэффициента сопротивления речного русла в практике гидрологических изысканий
5.4 Оценка точности инструментальных измерений средней скорости одноточечным методом
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
СПИСОК ОСНОВНЫХ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А - ДАННЫЕ НАТУРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ СКОРОСТЕЙ ТЕЧЕНИЯ В РЕЧНЫХ ПОТОКАХ (Р. КИРЖАЧ, Р. КЛЯЗЬМА,
Р. МОСКВА)
ПРИЛОЖЕНИЕ Б - АКТ О ВНЕДРЕНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
тока станут возможны на основе привлечения более точных данных о поведении турбулентной вязкости в основной толще водного потока. Эти уточнения получены далее в разделе 3.1 на основе данных лабораторных и натурных исследований.
2.2 Пристеночная область течения. Вязкий подслой, толщина и распределение скоростей в подслое
Толщина вязкого подслоя —1 может быть определена, исходя из условия

устойчивости ламинарного течения [55] в широком канале, которая сохраняется при числах Рейнольдса меньше критического:

14,= —= 575, (2.13)

которое обычно находится из условия устойчивости течения в трубе Ус
Яе = — = 2320 при <Л = 4Л = ЛИ, где Я - гидравлический радиус, И - глубина по-

тока в широком канале, V - средняя скорость течения.
Выделяя слой потока вблизи дна толщиной у, запишем для него как для са-

мостоятельного потока число Рейнольдса: Яе , где Уу - средняя скорость

течения в выделенном слое.
Выбирая у = 5в как угодно малой (уменьшая при этом также и скорость Уу) всегда можем получить Яе^, < Яекр . Т.е. вязкое течение в придонной зоне может существовать лишь в слое ограниченной толщины 5в, которая определяется критическим числом Рейнольдса.
Учитывая, что в придонном слое вязкого течения распределение скоростей линейно [86]:
и и,у
- = —, (2.14)

определим среднюю скорость в слое 50 как половину от максимальной на его верхней границе: