刚性粗糙单元对坡面水流阻力变化影响的试验研究

摘要

通过系列坡面流试验分析了不同粗糙单元条件下的坡面水流特性,即雷诺数及达西阻力系数随不同粗糙单元、流量和坡度的变化.试验包括5°和10°等两种坡度,单宽流量为0.04～7.10 L/(m/s).试验结果表明,坡面流阻力受砾石、圆管分布影响显著,随着坡度的增加,分布密度对阻力系数影响减弱,阻力系数与雷诺数基本上呈负幂函数,砾石坡面的阻流效应强于圆管坡面.随着砾石分布加密,由于增加了床面摩擦,阻力系数逐渐变大,而与砾石大多处于淹没状态不同,圆管处于非淹没状态,圆柱绕流更为显著,圆管数量及行距对坡面流的阻力影响突出,随着圆管行距的减小,产生复合效应使平均阻力系数降低,影响着水流阻力的变化.本试验得出达西f～Re关系为f=A×Re-β,β的范围为0.27～0.92,而理论推导的β'近似为2.0,刚性糙度单元实测计算β比理论β'要小,两者存在较大差异.