Введение
ГЛАВА 1. Основные факторы, влияющие на распределение скоростей при турбулентном течении в гладких границах 9
1.1 Перемешивание водных масс – важнейшая физическая особенность турбулентного течения 9
1.2 Уравнение движения водных потоков и трудности их практического использования 12
1.3 Касательные напряжения как главный фактор формирования градиента скорости в сдвиговом течении 18
1.4 Гипотеза Ж. Буссинеска о вязкой и турбулентной составляющих трения 21
1.5 Полуэмпирическая теория турбулентности Л.Прандтля. Критика априорных гипотез 24
1.6 Современные экспериментальные данные о распределении скоростей в турбулентных потоках 28
1.7 Нестационарность вязкого подслоя и перемежаемость течения в буферной зоне потока 31
1.8 Задачи диссертационных исследований 40
ГЛАВА 2. Расчетно-аналитическое обоснование уточненного распределения скоростей течения в гладких границах 41
2.1 Распределение скоростей в периоды вязкого течения с учетом вязкой и турбулентной составляющих трения в пристенной зоне потока 41
2.2 Определение зоны влияния вязких напряжений 46
2.3 Перемежаемость течения и профиль скорости в буферной зоне потока 50
2.4 Распределение скоростей над буферной зоной потока. Слой Прандтля
2.4.1 Толщина слоя Прандтля при течении в гладких и шероховатых трубах 55
2.4.2 Анализ экспериментальных данных Никурадзе для определения параметров логарифмического профиля скорости для потоков в трубах 58
2.5 Распределение скоростей в ядре потока над слоем Прандтля. Уточнение гипотезы
Ж. Буссинеска о напряжении турбулентного трения в ядре потока
2.6 Задачи экспериментальных исследований и анализа опытных данных 65
ГЛАВА 3. Методика и техника экспериментальных исследований 66
3.1 Конструкция, параметры, измерительная техника и гидравлические режимы работы экспериментального канала 66
3.2 Лазерный доплеровский измеритель скорости (ЛДИС). Принцип работы и устройство. Точность позиционирования элементов комплекса и активного пятна 76
3.3 Программный комплекс ЛДИС 85
3.4 Методика точного определения нулевой плоскости отсчета при измерениях распределения скоростей по глубине потока 91
3.5 Определение граничной динамической скорости трения 93
3.6 Определение коэффициента гидравлического сопротивления по опытным данным с использованием «расходной» и «профильной» средней скорости течения 94
3.7 Интегральные гидравлические характеристики исследованных течений в гладких открытых каналах. Оценка точности измерений 98
ГЛАВА 4. Анализ и обобщение экспериментальных данных. проверки уточненных аналитических зависимостей для расределения скоростей в трубах и открытых турбулентных потках
4.1 Сопоставление констант турбулентности по данным измерений в гладких трубах, каналах и пограничных слоях 100
4.2 Экспериментальная проверка расчетного распределения скоростей в буферной зоне потока данными измерений в гладких каналах и трубах 105
4.3 Определение безразмерного параметра для предлагаемого распределения скоростей в ядре потока и сопоставление его с турбулентной вязкостью Ж. Буссинеска 108
4.4 Сопоставление расчетных профилей скорости с данными измерений в ядре потока в трубах, каналах и пограничных слоях 115
4.5 Примеры инженерных гидравлических расчетов с использованием полученных зависимостей 117
4.5.1 Сопоставление объемов кавитационной эрозии гладких и шероховатых поверхностей при определении характерной скорости натекающего потока по традиционным и предлагаемым зависимостям 117
4.5.2 Сопоставление значений скоростей для прогнозирования переноса и рассеивания примесей в поверхностных слоях потока 122
4.5.3 Силовое воздействие потока на высотное здание 124
Заключение 129
Список условных обозначений 130
Список литературы 133
