Главная > Разное > Динамические явления в водоемах
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

3.4. Оценка кинематических характеристик

Поскольку скорость и направление течения изменяются во времени, то объективные характеристики течения в точке можно получить, как отмечено выше, с использованием статистических методов. Дело обработки материалов еще больше осложняется, когда возникает необходимость получения надежных оценок вертикального распределения характеристик течения, например в пределах от поверхности воды до дна водоема, особенно в условиях значительных изменений скорости и направления течения. Вертикальное распределение можно представить в виде эпюры осредненных скоростей. В виде эпюр могут быть представлены предельные значения (максимальные и минимальные) составляющих пульсационных скоростей или их относительные величины

В качестве кинематических характеристик турбулентного течения чаще всего используют математическое ожидание, дисперсию, средние квадратические отклонения пульсационных составляющих скоростей, относительные значения интенсивности турбулентности, моменты корреляции и энергию пульсационных составляющих скоростей.

Математическое ожидание ряда наблюденных данных обычно определяют за промежуток времени, который в несколько раз превышает зарегистрированный период колебаний скорости течения. При обработке, например, данных лабораторных исследований течений на пространственной гидравлической модели водоема или в аэрогидравлическом лотке этот промежуток времени может составлять несколько десятков секунд, а при обработке записей или полученных в натурных условиях, может меняться от нескольких часов до нескольких десятков и даже сотен часов.

Наряду с этим, для практических целей можно вычислять режимные характеристики по данным наблюдений, например, за отдельный сезон, год или ряд лет, а также спектральные характеристики, чаще всего по данным непрерывной регистрации течений за периоды различной длительности.

Меру интенсивности турбулентности течения обычно оценивают дисперсией вычисляемой по выражению (3.7), и средними квадратическими отклонениями продольных и вертикальных составляющих скорости по выражениям:

Значения будучи представленными в виде эпюр, дают наглядное представление о вертикальном распределении пульсаций скорости, что видно на рис. 3.6 и 3.7, полученных по данным экспериментов в аэрогидравлических лотках.

В некоторых случаях для целей сопоставления данных различных экспериментов интенсивность турбулентности нормируют на среднюю в пределах глубины скорость течения т. е. представляют в виде:

и называют степенью турбулентности, или числом Кармана.

Момент корреляции, равный произведению пульсационных составляющих скорости может быть вычислен по данным обработки киносъемки траекторий движения частиц и по записям приборов, обеспечивающих Синхронную регистрацию модуля мгновенной скорости, вертикального и горизонтального векторов течений. Для каждого горизонта обычно вычисляют осредненный момент корреляции а для всей вертикали — среднее значение [174].

Энергетические характеристики ветровых течений, в качестве которых обычно используют энергию осредненного и пульсационного движений, являются не только важными показателями степени энергонасыщенности потока в целом или его части (дифференцированно по вертикали), но и представляют очевидный например, при выяснении причин турбулизации.

Рис. 3.6. (см. скан) Вертикальное распределение кинематических характеристик в разнонаправленном по глубине ветровом течении при различных условиях.

Среднюю кинетическую энергию турбулентности отнесенную к единице массы можно представить в виде полусуммы квадратов пульсационных значений скорости:

а удельную кинетическую энергию осредненного движения в виде

Рис. 3.7. (см. скан) Вертикальное распределение кинематических характеристик в однонаправленном по глубине ветровом течении при различных условиях. а) опыт см, см; б) опыт см.

Поскольку по материалам экспериментов, проводившихся в ГГИ [177, 182], определялись только пульсациоиные значения продольной и вертикальной составляющих скорости и для каждого горизонта на вертикали вычислялись средние квадратические значения, то удельная кинетическая энергия пульсационного движения оценивалась по формуле

и по формуле

полученной на основании предположения о равенстве продольных и поперечных пульсационных составляющих скорости.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление