明渠湍流对数律的诊断函数分析

作者：钟强; 郑枫川; 杨宇晨; 邓兆宇

来源：清华大学学报, 2019, 59(12): 999-1005.

DOI：10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.036

• 明渠
• 湍流
• Reynolds数
• 对数律
• 诊断函数

明渠水力学的传统观点认为,明渠湍流平均流速分布的对数律是与Reynolds数和Froude数无关的普适律。由于Karman常数与摩阻流速难以分离,且平均流速分布与对数律的偏离是一个渐进过程,因此导致目前对对数区的范围以及Karman常数的取值存在较大争议。该文引入诊断函数分析了高频粒子图像测速系统(PIV)测量所得光滑明渠恒定均匀湍流数据。当平均流速分布严格满足对数律时,诊断函数为常数。分析结果表明,在该实验的Reynolds数条件下,诊断函数在全水深都不存在水平段,即平均流速分布没有严格意义的对数区。根据实验和直接数值模拟的结果趋势推测,随着Reynolds数增加,流速分布将会出现严格意义的对数区,并且其范围会逐渐增大。当Reynolds数足够大时,明渠湍流的Karman常数将落在0.334和0.415之间,对数区范围将小于76<y+<0.5 Reτ。

• 单位
  土木工程学院; 中国农业大学