雷诺--弗劳德相似定律的数学模型构建及在水动力放大模型中的可靠性验证研究

摘要

PIV方法这是一种全领域，非侵入性，间接速度测量技术，通过将流速的速度信息传递给速度，可以获得高精度和时空分辨率的速度信息。本文的研究领域是人工鱼礁粗糙表面周围的边界层区域。本研究背后的动机是通过遵循雷诺-弗劳德相似律来关注水域里具有粗糙表面的人工鱼礁周围的流场变化及其流动可视化。同时，也希望比较雷诺-弗劳德相似律，雷诺相似律和弗劳德相似律之间的结果差异。　　雷诺-弗劳德相似定律的应用，应考虑运动粘度和浓度之间的关系。因此，在进行了相关调差后笔者最终选择CMC（羧甲基纤维素）作为粘性材料，通过改变CMC溶液的浓度来改变液体的运动粘度。并通过落球法测量出了运动粘度与CMC溶液浓度之间的正确关系。之后，笔者通过遵循不同的相似律来进行关于小粗糙度元素周围的流动可视化的实验。该实验总共有三组:雷诺相似律组，弗劳德相似律组以及雷诺-弗劳德相似律组。在每组实验中有设计了三个不同的实验场景来模拟具体的海洋运动状况。在每种情况下，雷诺-弗劳德相似律组每种情况的照片超过4500张，弗劳德相似律组合雷诺相似律组的照片超过6000张。根据不同实验场景，流速情况各异1/100秒～1/1000秒不等。试验完成后，描绘了粗糙元素表面周围的流场，并分析了粗糙元素周围五个不同位置的水平分量的速度分布情况，结果如下:　　1.运动粘度与CMC溶液浓度之间的关系如下:vcmc=vwater×(1+4.5×108×C2.4cmc)　　2.粗糙表面周围的流场和边界层厚度的趋势在不同的相似定律中是相似的，但细节是不同的。　　3.速度梯度和边界层厚度受相似性规律的影响。　　雷诺值越大，速度梯度越小，边界层越厚弗劳德值越大，速度梯度越大，边界层越薄。　　4.涡流:　　在波峰区域，涡流仅出现在雷诺-弗劳德相似律组和弗劳德相似性法律组的案例中。在波谷区域，所有情况下都会出现回流。

目录

声明

摘要

第一章人工鱼礁表面粗糙度可视化研究

1．1人工鱼礁研究现状

1．2可视化研究现状

1．2．1边界层

1．2．2水流可视化

1．2．3水动力模型

1．2．4模型理论

1．2．5模型尺度

1．2．6几何失真模型

1．3研究目的与意义

第二章水动力放大相似模型

2．1相似定律

2．2雷诺-弗劳德相似定律

第三章运动粘度与CMC溶液浓度之间的关系

3．1实验背景

3．2实验状况

3．3数据分析

3．4实验结果

3．5讨论

第四章雷诺-弗劳德相似定律在水动力放大模型中的可靠性验证

4．1背景介绍

4．2实验介绍

4．2．1实验目的

4．2．2实验装置和仪器

4．2．3实验过程

4．2．4数据分析

4．3分析程序

第5章：结论和限制

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文及研究成果