Пространственно-энергетические характеристики открытых турбулентных потоков
Диссертация
Цель настоящего исследования определить пространственно-энергетические характеристики турбулентности открытого турбулентного потока в шероховатом канале при разных уклонах и наполнениях канала, получить оценки линейных геометрических размеров вихревых образований, проанализировать форму энергетического спектра и спектра турбулентных касательных напряжений для каждого вида вихревых структур… Читать ещё >
Содержание
- Условные обозначения
- Глава 1. Некоторые представления о структуре турбулентных
- Потоков
- 1. 1. Основные этапы и переломные моменты в изучении турбулентности
- 1. 2. Особенности учета пространственно-энергетических характеристик в уравнениях движения
- 1. 3. Состояние вопроса о моделировании вихревых структур в турбулентном потоке
- 1. 4. Оставшиеся нерешенные вопросы и место настоящего исследования
- Выводы по главе 1
- Глава 2. Методика обработки экспериментальных данных
- 2. 1. Технология получения экспериментальных данных
- 2. 2. Алгоритмы и методика вычисления статистических характеристик турбулентности
- 2. 3. Оценка точности полученных данных
- Выводы по главе 2
- Глава 3. Гидравлические характеристики турбулентных открытых потоков
- 3. 1. Функция распределения скоростей
- 3. 2. Численные характеристики распределения вероятностей пульсаций скорости
- 3. 2. 1. Закон распределения вероятностей
- 3. 2. 2. Интенсивность турбулентности
- 3. 2. 3. Коэффициент асимметрии
- 3. 2. 4. Эксцесс
- 3. 3. Пространственные характеристики структурных образований
- 3. 3. 1. Методы определения размеров структур (масштабов турбулентности) в потоке
- 3. 3. 2. Классификация корреляционных кривых
- 3. 3. 3. Влияние уклона и наполнения канала на размеры структур в потоке
- 3. 3. 4. Вторичные течения в прямоугольном русле
- 3. 3. 5. Модель вихревых структур в турбулентном потоке
- 3. 4. Энергетические спектры пульсаций скорости
- 3. 4. 1. Теория А. Н. Колмогорова и направление исследований
- 3. 4. 2. Преобразования Фурье корреляционной функции
- 3. 4. 3. Связь формы корреляционной кривой с формой спектра
- 3. 4. 4. Нормированные спектральные плотности пульсаций скорости
- 3. 4. 5. Ненормированные спектры пульсаций скорости
- 3. 5. Турбулентные касательные напряжения
- 3. 5. 1. Роль напряжений в общей потере напора турбулентного потока
- 3. 5. 2. Теория о «пути смещения» Л. Прандтля и пространственные характеристики турбулентности
- 3. 5. 3. Распределение турбулентных касательных напряжений по глубине потока
- 3. 5. 4. Энергетическшспектры турбулентных касательных напряжений
Список литературы
- Белолипецкий В.М., Шокин Ю. И. Математическое моделирование в задачах охраны окружающей среды. Н.: ИНФОЛИО-пресс, 1997. 240с.
- Белоцерковский О.М., Гиневский A.C. Компьютерная концепции вихревой турбулентности // Известие вузов. Нелинейная механика. -1995.-С. 72−93.
- Белоцерковский О.М., Опарин A.M. Численный эксперимент в турбулентности: От порядка к хаосу. М.: Наука, 2000. — 223с.
- Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. М. Издательство «Мир», 1974. — 463с.
- Богомолов А.И., Боровков B.C., Майрановский Ф. Г. Высокоскоростные потоки со свободной поверхностью. М.: Стройиздат, 1979. — 344с.
- Богомолов А.И., Константинов Н. М., Александров В. А., и др. Примеры гидравлических расчетов. М.: Транспорт, 1977. — 526с.
- Боровков B.C. Русловые процессы и динамика речных потоков на урбанизированных территориях. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. — 286с.
- Боровков B.C. Структура бурных открытых потоков: Дис. .канд. тех. наук.-М., 1973.- 195с.
- Ю.Боровков B.C., Халабаева Т. Н. Некоторые методические вопросы исследования статистических характеристик турбулентности с применением ЭВМ // Гидравлика однородных и неоднородных жидкостей. 1972. — № 89. — С.51−60.
- Боровков B.C. К вопросу об использовании динамических датчиков скорости для измерения турбулентности водных потоков // Гидравлика однородных и неоднородных жидкостей. 1972. — № 89. — С.20−26.
- Бэтчелор Дж. Введение в динамику жидкости. М.: Мир, 1973. — 195с.
- М.Валландер C.B. Лекции по гидроаэродинамике. Л.: Изд. ЛГУ, 1978. -196с.
- Валуева Е.П., Свиридов В. Г. Введение в механику жидкости. М.: Издательство МЭИ, 2001. — 212с.
- Ван ден Берг Б. Трехмерный турбулентный пограничный слой // Моделирование турбулентности и обсуждение результатов экспериментальных исследований трехмерных турбулентных пограничных слоев. 1985. — с.10−25
- Ван-Дайк М. Альбом течений жидкости и газа. М.: Мир, 1986. 184с.
- Великанов М.А. Динамика русловых потоков. Т.1. М.-Л., 1936. -224с.
- Великанов М.А. Кинематическая структура турбулентного руслового потока // Известия АН СССР, серия Геофизика.- 1946.- т. 10. С.331−340.
- Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.:Физматгиз, 1962. — 564с.
- Вербицкий B.C. О коэффициенте вертикальной диффузии частиц наносов, движущихся в поле стационарной и однородной турбулентности // Новые способы строительства и гидравлика гидротехнических сооружений. 1973.-С. 177−238.
- Волгина Л.В. Влияние вида корреляционной функции на методы определения макроструктур турбулентного потока // Материалы второй международной (VII традиционной) НТПС молодых ученых, аспирантов, докторантов. МГСУ, 2004. С.204−211.
- Волгина Л.В. Длиннопериодические компоненты в безнапорном турбулентном потоке // Материалы третьей международной (VIII традиционной) НПК молодых ученых, аспирантов, докторантов. -МГСУ, 2005.-С. 99−100.
- Волгина J1.B. Изменение масштаба турбулентности и касательных напряжений трения при резком изменении уклона // Материалы пятой НПК молодых ученых, аспирантов, докторантов. МГСУ, 2002. — С.68−71
- Волгина Л.В. Статистические характеристики турбулентности // Материалы четвертой НПК молодых ученых, аспирантов, докторантов. МГСУ, 2001.-С.61−63.
- Волынкина Т.В., Слободянюк B.C. К вопросу описания турбулентных потоков в трубе // Вестник Кыргызско-Российского Славянского университета. -Том 2, № 2. 2002. — С.8−31.
- Гачичеладзе Г. А. О структурном механизме турбулентного потока // Гидрофизичекие процессы в реках и водохранилищах. 1983. — С. 5−11.
- Гачичеладзе Г. А. Об уточнении зависимости для турбулентного напряжения и дефицита скорости в плоском равномерном потоке // Сообщения АН ГрузССР. 1970, т.59. — № 2. — с.413−416
- Гельмгольц Г. Основы вихревой теории. Ижевск.: Институт компьютерных исследований, 2002. 82с.
- Гидравлические расчеты водосбросных гидротехнических сооружений: Справочное пособие. М.:Энергоатомиздат, 1988. — 624с.
- Гиргидов А.Д. Развитие теории турбулентной диффузии для решения гидротехнических задач: Дис.. д-ра. тех. наук. Л., 1979.
- Гольдина В.Д. Метод расчета турбулентных течений в открытых потоках различной формы поперечного сечения: Дис.. канд. физ-мат. наук. Душанбе, 1984.
- Гончаров В.Н. Равномерный турбулентный поток. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. — 145с.
- Гринвальд Д.И., Никора В. И. Речная турбулентность. Л.: Гидрометеоиздат, 1988.- 151с.
- Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1969.-211с.
- Гришин H.H. О масштабе макроструктуры поля взвешенных наносов в русловом потоке // Гидрофизические процессы в реках и водохранилищах. 1985. — С. 75−79.
- Дебольский В.К., Долгополова E.H., Замай O.A., Орлов A.C. Расчет концентрации взвешенных наносов в потоке методом зависимых блужданий // Гидрофизические процессы в реках и водохранилищах. -1985.-С. 70−75.
- Дмитреева Г. А., Михайлова H.A. Экспериментальное исследование лагранжевых корреляционных и спектральных функций во* взвесенесущем потоке // Метеорология и гидрология. 1975. — № 8. — С.70−75.
- Долгополова E.H., Костюченко И. П. Исследование спектральных характеристик скорости потока в натурных условиях // Вестник МГУ, серия физика и астрономия. 1975. — № 3. — с.364−366
- Ефимцов Б.М., Зосимов В. В., Ромашов A.B., Рыбак С. А. О Корреляции пульсаций давления с касательными напряжениями в турбулентном пограничном слое // Акустический журнал. 2003. — том 49. — № 1. — С. 127−129.
- Ефимцов Б.М., Сысоев В. А. О поперечной корреляции турбулентных пульсаций касательного напряжения на стенке // Акустический журнал. 1997.- том 43. — С.358−361.
- Зельдович Я.Б., Мышкис А. Д. Элементы прикладной математики. М.: Наука, 1972.-592с.
- Ибрагимов М.Х., Субботин В. И., Бобков В. П. и др. Структура турбулентного потока и механизм теплообмена в каналах. М.: Атомиздат, 1978.-296с.
- Иванов Б.Н. Мир физической гидродинамики: От проблем турбулентности до физики космоса. М.: Едиториал УРСС, 2002. -293с.
- Кисилев П.Г. Гидравлика. M.-JL: Госэнергоиздат, 1963. -423с.
- Клавен А.Б. Кинематическая структура турбулентного потока // Труды ГГИ.- 1968.-№ 147.-с. 143−151
- Клавен А.Б. Оценка характеристик турбулентности русловых потоков // Труды ГГИ. 1982.-№ 278. — с.36−43.
- Коваленко И.Н., Кузнецов Н. Ю., Шуренков В. М. Случайные процессы.- Киев: Наукова думка, 1983. 366.
- Козыренко Л.Д. Вторичные течений и транспортирующая способность потоков: Дис.. канд. тех. наук. М., 1969.
- Козыренко Л.Д. Вторичное течение и взвешивание наносов //Движение однородных и неоднородных жидкостей. 1968. — С.93−103
- Колесниченко A.B. Синергетический подход к описанию стационарно-неравновесной турбулентности астро-геофизических систем. Препринт. ИПМ. Им. М. В. Келдыша РАН. 2003. — 37с.
- Колмогоров А.Н. Локальная структура турбулентности в несжимаемой вязкой жидкости при очень больших числах Рейнольдса // ДАН СССР.- 1941. т.40, № 4. — С. 299−303.
- Колмогоров А.Н. Уравнения турбулентного движения несжимаемой жидкости // Известия АН СССР, серия физика. 1942. — т.6. — С.56−58.
- Кондратьев Н.Е., Попов И. В., Снищенко Б. Ф. Основы гидроморфологической теории руслового процесса. Л.: Гидрометеоиздат, 1982.-270с.
- Конт-Белло Ж. Турбулентное течение в канале с параллельными стенками. М.: Издательство «МИР», 1968. — 174с.
- Кочин Н.Е., Кибель И. А., Розе Н. В. Теоретическая гидромеханика, части 1 и 2. М.: Физматгиз, 1963. — 584,728с.
- Кромская Т.П., Михайлова H.A. Исследование эйлеровых и лагранжевых корреляций в потоке с деформируемым дном // Метрология и гидрология. 1973. — № 5. — С. 73−77.
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е. М. Гидродинамика. М. Физматлит, 2001. -733с.
- Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Дрофа, 2003. — 840с.
- Лоренц. Э.Н. Странные аттракторы. М.: Мир, 1981. — С. 88.
- Лотов К.В. Физика сплошных сред. М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2002. — 144с.
- Лущик В.Г., Якубенко А. Е. Сравнительный анализ моделей турбулентности для расчета пристенного пограничного слоя //Механика жидкости и газа. 1998. — № 1. — С. 44−57.
- Лятхер В.М. О методике исследования пульсации давления на границе турбулентного потока // Труды координационных совещаний по гидротехнике. 1963 г. — № VII. — С.533−553.
- Лятхер В.М. Турбулентность в гидросооружениях. М. Энергия, 1968. -408с.
- Лятхер В.М., Прудовский A.M. Гидравлическое моделирование. М.: Энергоатомиздат, 1984.— 390с.
- Маккавеев В.М. О структуре крупномасштабной пульсации открытых потоков // Труды ГГИ. 1960. № 74. — С.3−21.
- Маккавеев В.М. Турбулентность русловых потоков // Труды ГГИ. -1965. -№ 124.-С. 40−54.
- Минский Е.А. Турбулентность руслового потока. Л.: Гидрометеоиздат, 1953.- 164с.
- Мирцхулава Ц. Е. Размыв русел и методика оценки их устойчивости. -М.: Колос. 1974.- 177 с.
- Михайлова H.A. Перенос твердых частиц турбулентными потоками воды. Л.: Гидрометеоиздат, 1966. — 232 с.
- Михайлова H.A., Наботов Д. Н., Петров В. П., Узаков Р. У. Корреляционные и спектральные функции турбулентного руслового потока и их аналитическое представление // Известия АН. Тадж. ССР. Отделение физ. мат и геол.-хим. Наук. 1976. — № 1. — С.11−18.
- Монин A.C., Яглом A.M. Статистическая гидромеханика, ч.1. М.: Наука, 1965.-357с.
- Мэнли Р. Анализ и обработка записей колебаний. М., Машиностроение, 1972. — 367с.
- Никора В.И. Спектры речной турбулентности // Динамика и термика рек, водохранилищ и эстуариев. 1984. Т.1. — С.44−45.
- Общая теория статистики: Учеб. пособие / Ефимова М. Р., Петрова Е. В., Румянцев В. Н. М.: ИНФРА-М, 1996 -416с.
- Орлов A.C., Долгополова E.H., Дебольский В. К. К оценке характеристик поля скорости и переноса примесей в открытых потоках // Водные ресурсы. 1985. — № 1. — С. 92−100.
- Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.: Энергоатомиздат, 1984. — 152с.
- Пособие по гидравлическим расчетам малых водопропускных сооружений. ЦНИИС М.: Транспорт, 1992. — 408с.
- Потапов М.В. Сочинения. T.II. М.: Гос. изд сельхоз.лит., 1951. — 517с.
- Пуанкаре А. Теория вихрей. Ижевск: НИЦ «РДХ», 2000. — 160с.
- Рассказов JI.H., Орехов В. Г., Ю.П.Правдивец и др. Гидротехнические сооружения: Учеб. для вузов: В 2ч. М.: Стройиздат, 1996. — 439,343.
- Рейнольде А.Дж. Турбулентные течения в инженерных приложениях. -М.: Энергия, 1979. 408с.
- Ротта И.К. Турбулентный пограничный слой в несжимаемой жидкости. Пер. с англ. JL: Судостроение, 1967.
- Роуч П. Вычислительная гидродинамика. М.: Мир, 1980. — 616с.
- Рыбак С.А. Связь касательных напряжений на жесткой стенке с пульсациями давления, генерируемыми в турбулентном пограничном слое // Акустический журнал. 1997. — Том 43.№ 3. — С.358−361.
- Свешников A.A. Прикладные методы теории случайных функций. М.: Наука, 1968.-463с.
- Седов Л.И. Механика сплошной среды. Т2. М.: Наука, 1970. — 568с.
- Семин Л.Г., Слепцов А. Г., Шапе’ев В.П. Метод коллокаций -наименьших квадратов для уравнений Стокса // Вычислительные технологии. 1996. — С.23−28
- Серрин Дж. Математические основы классической механики жидкости. Ижевск: РХД, 2001. — 256с.
- Смолянков A.B., Ткаченко В. М. Измерение турбулентных пульсаций. -Л.: Энергия, 1980. 264с.
- Тарасов В.К., Волгина Л.В, Тарасов К. А. Высокочастотные и низкочастотные составляющие энергии напорного потока // Материалы третьей международной (VIII традиционной) НПК молодых ученых, аспирантов, докторантов. 2005. — С.138−140.
- Тарасов В.К., Волгина Л. В. Задачи исследования динамического взаимодействия между двумя слоями жидкости // Сборник научных трудов, посвященный семидесятилетию факультета гидротехнического и специального строительства МГСУ. 2001. — С. 37−39.
- Тепакс Л. Равномерное турбулентное движение в трубах и каналах. -Таллин: Валгус, 1975. 255с
- Трубецкой Д.И. Турбулентность и детерминированный хаос. Препринт. Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского. 1998.- Юс.
- Турбулентность принципы и применения. Под редакцией У. Фроста, Т.Моулдена. М.: Издательство «Мир», 1980. — 535с.
- Фабер Т.Е. Гидроаэродинамика. М.: Постмаркет, 2001. — 560с.
- Фидман Б. А. Некоторые экспериментальные данные о крупномасштабной турбулентности в открытом потоке // Известия АН СССР. Серия география и геофизика. 1950. — t. XXV, № 3. — С. 267 280.
- Фидман Б. А. Турбулентность водных потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. — С.237.
- Фон Карман Т. Аэродинамика. Избранные темы в историческом развитии. Ижевск: РДХ, 2001. — 208с.
- Хинце И.О. Турбулентность. М.: Гос. изд. физ.-мат. лит, 1963. -680с.
- Хинчин А.Я. Теория корреляции стационарных случайных процессов // Успехи математических наук. 1938. — № 5.
- Хон A.B. О закономерностях движения воды и наносов в естественных русловых потоков. Препринт Томск. Институт Оптического Мониторинга СО РАН. 1995. — 25с.
- Циглер Ф. Механика твердых тел и жидкостей. Ижевск.: РДХ, 2002.-912с.
- Чжен П. Отрывные течения. Т.1−3. М.: Мир, 1972−1973. — 184с.
- Штеренлихт Д.В. Взаимодействие набегающего потока и трубопроводов на переходах через реки: Дис. .д-ра тех. наук. -М., 1970.
- Штеренлихт Д.В. Гидравлика. М.: КолосС, 2004. — 655с.
- Экспериментальное изучение структуры полей пристеночных пульсаций турбулентного пограничного слоя. М.:ЦАГИ. Обзор № 579, 1980.- 170с.
- Юфин А.П. Гидромеханизация. М.: Стройиздат, 1974. — 223с.
- Bull M.K. Wall-pressure fluctuations beneath turbulent boundary layers: some reflections of forty years of research // Journal of sound and vibration. 1996. — 190(3). — p. 299−315.
- Chase D.M. Fluctuations in wall-shear stress and pressure at low streamwise wavenumbers in turbulent boundary layer flow // Journal of Fluid Mechanics. — 1991. — p. 225, 545−555.
- Corrsin S., Kistler A.L. The free-stream boundaries of turbulent flows. NACA, Technical note, 1954. 76p.
- Deng G.B., Piquet J., Quentey P., Visonneau M. A few fully coupled solution of the Navier-Stokes equations // International Journal for Numerical Methods in Fluids. 1994.
- Gyr A., Schmid A. Turbulent flows over smooth erodible sand beds in flumes // Journal of hydraulic research. 1997. -V. 35. — P.525−545.
- Hussain, A.K.M.F. Coherent structures-reality and myth // Phys. Fluids. 1983.- V.26(10)-P.16−28.
- Hinze J.O. Turbulence. McGraw-Hill, 1975. — 780p.
- Makita H. Turbulence field in a small wind tunnel // Fluid Dynamics Research. 1991. — V. 8. — P.50−64.
- Meng H., Hussian F. Holographic particle velocimetry: a 3D measurement technique for vortex interactions, coherent structures and turbulence // Fluid Dynamics Research. 1991. — V. 8. — p.33−52.
- Miles R et al. RELIEF flow tagging // Fluid Dynamics Research. -1991.-V. 8. P.5−17.
- Miller A. Secondary flow vortices: A structure in turbulent open channel flow // Structure of turbulence in Heat and Mass Transfer. 1982. — 45 lp.
- Nakagawa H., Nezu I., Tominaga A. Spanwise Streak Structure and Macroturbulence in Open-channel Flows // Fluid Mechanic. 1977. — V.77. — P.60−65.
- Rajagopalan S., Antonia R.A. Interaction between. // Physics Fluids. 1980.-V.23.-№ 6.-P. 1103−1110.
- Rolland T., Lemmin U. A two component acoustic velocity profiler for use in turbulent open channel flow // Journal of hydraulic research. -1997. -V. 35. P.555−561.
- Summary, Data from Rivers, Conveyance Channels, and Laboratory Flumes. US. Government Printing Office, 1973. 0−543−579/26.
- Tamburrino A, Gulliver J.S. Large flow structures in turbulent open channel flow // Journal of hydraulic research. 1999. -V. 37. — p. 363−380.
- Tchen C.M. On the spectrum of energy in turbulent shear flow // Journal of research of the National Bureau of Standards. 1953. — V. 50. -№ 1.
- Utami T., Ueno T. Langrangian and Eulerian measurement of large-scale turbulence by flow visualizing techniques // Flow Visualization, Proceedings, Int’l Symposium on Flow Visualization. — 1977.
- Блок-схема программы оцифровки осциллограмм.
- Различные методы расчета макромасштабов по продольным и вертикальнымпульсациям скорости.
- Уклон (i) Глубина потока (h) см Рассматри ваемая глубина Z/h Оценки масштаба макроструктур (Lx/h) по продольным пульсациям скорости