Содержание к диссертации
Введение
Глава. I. Обзор исследований циркуляционного движения жидкости в трубах и каналах 9
1. Результаты экспериментального исследования циркуляционного движения жидкости в трубах и каналах 9
2. Аппаратура и методика, исследования поперечной циркуляции в каналах 17
3. Теоретические исследования поперечной циркуляции в каналах 22
4. Экспериментальные Данные о- распределении турбулентных характеристик в области русловых потоков 33
Глава. 2. Измерительная аппаратура и методика регистрации циркуляционного движения в натурных и лабораторных условиях 37
1. Прямая регистрация поперечных составляющих средней скорости течения в области циркуляции 37
2. Непрерывная синхронная регистрация трех компонент вектора мгновенной скорости течения 48
3. Методика регистрации поперечной циркуляции в лабораторных и натурных условиях 63
Глава. 3. Результаты исследования и анализ поперечного циркуляционного движения жидкости в прямых русловых потоках . 76
1. Результаты экспериментального исследования поперечной
циркуляции 76
2. Исследование структуры турбулентности в области циркуляции в натурном русловом потоке 100
3. Анализ поперечной циркуляции на основе решения уравнений движения русловых потоков 112
Глава. 4. Автономная прибрежная струя в русловом потоке. 136
1. Жидкая граница между зоной поперечной циркуляции и центральной частью руслового потока 136
2. Экспериментальное исследование движения потока на границе прибрежной области 140
3. Анализ результатов экспериментального исследования движения потока вблизи жидкой границы 148
Заключение 163
Список литературы 166
- Аппаратура и методика, исследования поперечной циркуляции в каналах
- Экспериментальные Данные о- распределении турбулентных характеристик в области русловых потоков
- Непрерывная синхронная регистрация трех компонент вектора мгновенной скорости течения
- Исследование структуры турбулентности в области циркуляции в натурном русловом потоке
Введение к работе
Актуальность темы. Решение большинства геофизических задач, связанных с вопросами динамики и термики водоемов,зависит от того, насколько хорошо исследованы законы изменения коэффициентов обмена массой,теплом и примесью по сечению потока в зависимости от внешних параметров и характеристик самого потока.
Известно,что при ламинарном движении коэффициенты обмена минимальны и равны молекулярному коэффициенту диффузии. При турбулентном движении они на порядок и более превышают молекулярные, а при возникновении циркуляционного движения достигают максимальных величин. В последнем случае в потоках возникает интенсивное перемешивание, обусловленное перемещением жидкости по всей зоне циркуляции, при этом существенно меняется динамика потока в области циркуляции. Меняется также обмен с окружающей средой, если циркуляция возникает вблизи границ. В связи с этим, исследование циркуляционного движения и условий его возникновения представляет огромный интерес для геофизических задач и различных технических приложений.
Большую роль играет циркуляционное движение в формировании динамической и термической структуры поверхностного слоя океана, причем интервал масштабов циркуляционного движения весьма, широк ( Шулейкин В.В. /51/, Монин А.С. ,Яглом A.M. /38/). Крупномасштабная циркуляция формирует однородный слой океана глубиной от десятка до нескольких сотен метров. Микроциркуляция в поверхностном слое океана, оказывает существенное влияние на величину потока, энергии, направленного из океана в атмосферу. Таким обра-зом, построение моделей климата, расчет течений в океане и атмосфере, решение проблем прогноза погоды невозможно без учета циркуляционного движения и без четкого понимания механизма его возникновения.
Особое значение имеет циркуляционное движение вблизи границ потоков жидкости. В тепломассообменной аппаратуре при возбуждении циркуляционного движения вблизи поверхности обмена существенно увеличивается к.п.д. установок. При транспортировке жидкостей по трубам циркуляционное движение в пристеночной области потоков препятствует образованию застойных зон,ликвидируя нежелательное налипание, особенно,вязких жидкостей на. стенки труб.
Циркуляционное движение вблизи размываемых поверхностей в реках и каналах оказывает существенное влияние на. размыв берегов, дна и весь русловой процесс. Регулярный перенос взвешенных частиц на максимально большое расстояние, соответствующее размерам зоны циркуляции, приводит к образованию баров и промоин способствуя или препятствуя заилению и загрязнению водоемов. В области, где происходит циркуляция жидкости в потоке?, возрастают градиенты средней скорости и,следовательно, интенсивность пульсационного движения. При этом размыв дна возрастает (Гришанин К.В. /9/).
В связи с этим, начиная с работы А.Эйнштейна /52/, исследователи русловых процессов считают, что причиной меандрирования русел является поперечная циркуляция жидкости,существующая в потоке. Однако, до сих пор в естественных русловых потоках поперечная циркуляция обнаружена только на поворотах русла.
Некоторые косвенные данные о поперечной циркуляции на прямых участках потоков, средняя скорость которых меняется в направлении движения, были получены в работах Лосиевского А.И./25/, Великанова М.А./6/, Фидмана Б.А./45/. Однако, Великанов М.А. отмечает,что этот тип циркуляции не является устойчивым.
Таким образом, вопрос о существовании поперечной циркуляции на прямых участках русловых потоков остается открытым.
Между тем, в экспериментальных исследованиях движения потоков в прямых каналах некруглого поперечного сечения была обнаружена поперечная циркуляция жидкости в угловых зонах каналов. В работах Brundretr Е./55/, fiesstter F.6./59/ была проведена, прямая регистрация поперечных составляющих вектора средней скорости течения в зоне циркуляции.
Хотя до сих пор физическая модель наблюдаемого явления полностью не разработана, было установлено, что необходимым условием поперечного движения в угловых зонах каналов является несимметричность граничных условий относительно оси канала.
Следует отметить, что в прибрежной области русловых потоков граничные условия также несимметричны относительно их оси. Следовательно, можно ожидать, что в этой области потоков в их прямых и извилистых частях существует поперечное циркуляционное движение.
Большое практическое значение вопросов, связанных с исследованием поперечной циркуляции вблизи твердых границ русловых потоков (выправительные работы на. руслах в целях улучшения судоходства, строительство каналов стабильного сечения, промывка наносов, очищение каналов и отстойников и т.д.) требует изучения поля скорости течения в этой области потоков, по которому можно установить существование поперечной циркуляции и построить физическую модель этого явления.
Целью настоящей работы является экспериментальное и аналитическое исследование поперечной циркуляции в прибрежной обла.сти потока, скорость которого не меняется в направлении движения.
При этом решались следующие конкретные задачи:
Аппаратура и методика, исследования поперечной циркуляции в каналах
При проведении экспериментальных исследований циркуляционного движения в потоках были разработаны оригинальные методы и специальные приборы для определения направления движения и измерения скорости циркуляции жидкости. Методику и аппаратуру применяемую для исследования циркуляционного движения, можно разделить на два основных типа: с помощью одних производилась визуализация течения в области циркуляции, другие позволяли измерить величины поперечной составляющей вектора, средней скорости и по данным измерений определить параметры циркуляционного движения.
К первой группе можно отнести следующие методы,использовавшиеся во многих экспериментальных работах: I. Введение в поток красителя. При исследовании поперечной циркуляции потока на повороте канала в работах Миловича А. Я./36/, Дане -лия Н.Ф./І0/, Лосиевского А.И./25/ и др. на светлое дно потока клали темные твердые кусочки красителя,растворяемого в воде. При размыве кусочков краски от них тянутся тонкие полоски подкрашенной жидкости, совпадающие с придонными линиями тока осредненного движения. Метод позволяет получить распределение придонных линий тока осредненного движения жидкости в области циркуляции. Метод может быть применен при ламинарном и неразвитом турбулентном движении. В работе Nikuracke I. /72/ применялся метод, основанный на том, что плотность распределения взвеси в потоке зависит от местного градиента скорости. Для того, чтобы определить распределение продольной составляющей скорости потока по поперечному сечению канала, в поток вводился краситель, окрашивающий все сечение. Затем производилось фотографирование выходного сечения потока подкрашенной жидкости. После фотографирования негативы обрабатывались фотометрическим методом. По построенным изофотам - линиям равной плотности почернения негатива - определялось распределение продольной составляющей средней скорости потока по поперечному сечению канала.
Лосиевский использовал в качестве непрерывных индикаторов тонкие шелковые нити, укрепленные в некотором сечении потока. В случае, если в потоке присутствует поперечная циркуляция, нити, вытянутые вдоль линий тока осредненного движения, показывают отклонение от направления основного течения. Метод может быть использован для определения направления вторичного течения в толще потока. Однако, этот метод эффективен только в том случае, если вектор средней скорости составляет значительный угол с направлением основного течения. Кроме того, интенсивность пульсационного движения в потоке должна быть невелика, так как в противном случае не будет возможно фиксировать постоянную составляющую положения шелковой нити.
Rodet Е. /76/ пытался использовать этот метод для визуализации вторичного течения в угловых зонах канала с некруглым поперечным сечением. По приведенным выше причинам, не позволяющим использовать этот метод в каналах с высокой интенсивностью пульсационного движения, результат эксперимента оказался отрицательным, так как циркуляция жидкости в угловых зонах прямых каналов с некруглым поперечным сечением возникает лишь при полностью развитом турбулентном движении.
Введение в поток поверхностных и внутренних дискретных индикаторов. Этот метод использовался многими экспериментаторами для определения направления вторичного течения.(Лосиевский А.И. /25/, Зрелов В.П./І4/, Шапиро Х.Ш./49/ и др.). Данных об использовании этого метода для определения скорости вторичного потока с применением фото и киносъемки в литературе обнаружено не было.
Вторая группа методов, используемых для выявления поперечной циркуляции в потоках, основана на непосредственном измерении поперечных компонент вектора средней скорости. Для измерения поперечных составляющих вектора средней скорости потока был разработан ряд приборов.
Флюгер - сконструирован Лелявским Н.С. в 1894 г. Этот прибор предназначен для измерения продольной составляющей скорости и двух углов, составленных вектором средней скорости потока с горизонтом и направлением основного течения. Флюгер с успехом использовался при исследовании поперечной циркуляции на изгибах каналов. В натурных условиях флюгер был применен в гидрометрических работах Лелявского Н.С./24/, Великанова М.А./6/ и др.
Усовершенствованная конструкция флюгера с ценой деления поворотного индикатора 0,1 была использована в работе Великевича /7/ в лабораторном эксперименте. Однако, в этой конструкции точность измерения величины средней скорости потока очень низка. 2. Трубка Пито-Реббока. Отличается от трубки Пито наличием поворотного устройства для вращения трубки в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Определение углов между вектором средней скорости, вертикалью и направлением основного течения основано на поиске углов поворота трубки, при которых показания манометра максимальны.
Точность измерения углов между вектором средней скорости и осями координат у этой трубки меньше, чем у флюгера. Однако, точность измерения величины средней скорости существенно выше и при скорости потока на оси Uo 20 см/с составляет около I мм/с.
Следует отметить, что результаты измерения трубкой скорости потока в области поперечной циркуляции, где наблюдаются большие градиенты средней скорости течения, требуют внесения поправок. В работе Ale/ft; ttan ЕЛ/71/ показано, что при больших градиентах скорости течения показания трубки Пито не соответствуют давлению торможения в геометрическом центре давления. Оно относится к точке, слегка сдвинутой в сторону больших значений скорости. Величина эффективного смещения - = 0,31 + 0,082 — ,где d« -наружный диаметр трубки, dgH - внутренний диаметр трубки.
Техника определения поперечных составляющих средней скорости потока состоит в следующем. В точках измерительной вертикали вертушкой определялся модуль вектора местной осредненнои скорости - одновременно фиксировался угол, составляемый в горизонтальной плоскости этим вектором с направлением гидрометрического створа. При обработке векторы местной осредненнои скорости могут проектироваться на направление гидрометрического створа и на нормаль к нему. Однако,на участках, где сохраняется стабильное распределение поступательных скоростей, предпочтительнее за продольное направление принимать направление среднего по вертикали азимута вектора средней скорости потока, как было сделано в экспериментах Розовского.
Экспериментальные Данные о- распределении турбулентных характеристик в области русловых потоков
До последнего времени было известно о существовании поперечной циркуляции лишь на повороте русловых потоков. При этом, как было отмечено выше, наблюдается интенсивное воздействие поперечной циркуляции в потоке на размыв русла. Этот факт позволил двум авторам - Дж.Томсону и А.Эйнштейну в 1926 году /52/ предположить, что явление меандрирования рек неразрывно связано с присутствием в потоке поперечной циркуляции. Хотя эта идея и не получила экспериментального доказательства, однако, до сих пор ее разделяют большинство исследователей ( Гришанин К.В./9/).
В связи с этим особую важность имеет вопрос о возможности существования поперечной циркуляции не только на отдельных участках русла, (поворотах), но и на всем протяжении течения, особенно вблизи размыва.емых границ. В работе ctnttein Н.Я.,Іг И. / 57/ было получено необходимое условие существования поперечной циркуляции в стационарных,прямых потоках с осевой скоростью, не меняющейся в направлении движения. Как показано в экспериментальной работе fiess лег 6./59/, в угловых зонах каналов некруглого сечения все члены правой части (6) отличны от нуля. В работе ГЄГКІЛІ Н- /23/ показано, что основной вклад в величину правой части (6) вновит первый член,причем величиной второго члена можно пренебречь.
Отметим, что распределение характеристик поля скорости в прибрежной части русловых потоков имеет много общего с распределением этих величин в угловых зонах некруглых каналов. В связи с этим, рассмотрим существующие экспериментальные данные о распределении турбулентных характеристик в естественных русловых потоках для того, чтобы определить, существует ли такая область руслового потока, в которой первый член правой части (6) отличен от нуля.
В ра,боте Н.А.Михайловой и И.П.Харченко /37/ исследовано распределение характеристик течения в потоке над песчаным откосом. На рис. 2 приведены эти экспериментальные данные. На рисунке показан пологий откос, вдоль которого показано изменение вертикального ра.спределения величины у Vі , отложенной в см/с. Из представленных данных следует, что величина —-- / 0, а характер вертикального распределения V не меняется вдоль по пологой части песчаного склона. Однако, из-за смещения подобных профилей v z (%} по вер-тикали при движении по склону величина 2JL также не равна нулю, что наглядно показано на схеме, помещенной в верхней части рисунка. 2.
Таким образом, из приведенных экспериментальных данных следует, что в той части потока, где уклон дна в поперечном направлении отличен от нуля, величина %- Ф 0. Отсюда следует, что в при-брежной части русловых потоков, где всегда наблюдается поперечный наклон дна., эта величина обязательно отлична от нуля.
С другой стороны, из многих экспериментальных данных (например, обзор Бай Ши И /4/) следует, что вблизи твердых границ потоков существенна анизотропия турбулентных характеристик, обусловленная тем, что пульсации скорости потока,параллельные стенке, превышают пульсации,перпендикулярные к ней. Отсюда следует, что вблизи берегов потоков разность (W viX отлична от нуля, а учитывая данные /37/, и величина - Ш - г/ 2) 0.
Таким образом,, существующие экспериментальные данные, хотя и малочисленные, позволяют предположить, что в прибрежной области потока величина основного члена правой части уравнения (6) должна быть отлична от нуля. Следовательно, в этой части русловых потоков может в принципе существовать поперечная циркуляция, причем циркуляция такого типа, который не исчезает на протяжении всего течения. Б связи с этим, задача об исследовании движения русловых потоков с целью обнаружения поперечной циркуляции в прибрежной части прямых русел является особенно важной.
Непрерывная синхронная регистрация трех компонент вектора мгновенной скорости течения
Второй основной задачей исследования поперечной циркуляции в прибрежной области русловых потоков является определение турбулентных характеристик течения. Экспериментальные распределения турбулентных характеристик движения потока позволяют провести анализ изучаемого явления с помощью решения уравнений движения.
Проведение измерений турбулентных характеристик в поперечном сечении русловых потоков необходимо потому, что до сих пор в естественных условиях определялись лишь отдельные элементы этих характеристик, а задача, определения шести компонент тензора турбулентных напряжений не решалась.
Сразу же отметим, что способы регистрации компонент турбулентных напряжений, предложенные в работах /55,59,73/,пригодны лишь для лабораторных экспериментов, причем точность результатов по оценкам работы /73/ невелика.
В связи с этим, нами в работе /32/ была предложена новая методика, определения компонент тензора, турбулентных напряжений. Методика отличается тем, что вместо последовательного определения разных компонент пульсаций скорости в одной точке потока при нескольких положениях термогидрометра предлагается одновременная регистрация в данной точке потока, всех трех компонент пульсационн ной составляющей скорости при одном положении специально сконструированного термогидрометра. Запись пульсаций скорости проводится в течение необходимого интервала времени, определяемого частотными характеристиками регистриуемых колебаний. После записи проводится статистическая обработка полученных данных: вычисляются взаимные и автокорреляционные моменты, по которым вычисляются шесть компонент тензора турбулентных напряжений.
Методика измерения трех компонент вектора мгновенной скорости течения основана на применении трехкомпонентного термогидрометра, описанного в предыдущем параграфе. Прототипом его служил прибор, разработанный на кафедре физики моря /20/. Основным отличием предлагаемого термогидрометра является установка двух измерительных нитей,каждая из которых натянута на трех держателях,образуя прямой угол с вершиной в центре нити. Нити натянуты во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис.4).
При измерении трех компонент пульсационной составляющей скорости течения схема включения термогидрометра отличавтся от схемы, приведенной на рис. 3. В этом случае измерительная нить включается по принципу двойного моста в схему,показанную на рис.9. Малый-мост,плечами которого являются половинки каждой измерительной нити АО и ОБ и два сопротивления,одно из которых переменное,служит для измерения угловой составляющей сигнала (подробно описан в первом параграфе).
Большой мост АВДК служит для определения модуля вектора мгновенной скорости. В этом случае платиновая нить вся целиком является одним плечом моста АВ, другим плечом служит компенсационное сопротивление БД. В покоящейся среде сопротивления АВ и БД равны. При обтекании нити потоком сопротивление нити меняется за счет изменения условий обтекания при пульсациях скорости,влекущее за собой перепад теплосъема и изменение сопротивления нити при перепадах температуры. Это приводит к разбалансу моста АВДК, который фиксируется по напряжению или току в диагонали ВК.
Если измерительная нить АВ и компенсационное сопротивление ВД далеко разнесены друг от друга, то в зависимости от температуры окружающей их среды постоянное смещение сигнала, моста АВДК будет меняться. Для ликвидации этой постоянной вообще сопротивление ВД изготавливается из манганиновой проволоки и наматывается на держатели измерительных нитей. При этом оно оказывается в той же области потока, что и нити,и температурное смещение исчезает.
При регистрации пульсационной составляющей скорости потока, параметры измерительной системы составляли: напряжение питания нитей -0,5 0,7 А, длина нити - 0,9см, диаметр - 25мкм. Перечисленные параметры системы соответствовали скорости набегающего потока. 40 80 см.
Питание нитей термогидрометра осуществлялось таким образом, что напряжение на. измерительные нити подавалось от двух изолированных источников. В этом случае исключалось взаимное электрическое влияние нитей друг на, друга. Кроме того, проводилось дополнительное исследование влияния нитей друг.на друга. Для этого проводилась запись сигнала,поступающего с одной нити; вначале при выключенной другой нити,а затем при включенной в стационарном потоке. После записи определялись статистические характеристики полученных данных,такие как среднее значение,дисперсия,спектральные характеристики. Сравнение полученных результатов показало,что каждая нить регистрирует пульсации скорости течения полностью автономно.
Задача регистрации пульсаций скорости течения требует,чтобы измерительная система не вносила искажений в поступающий сигнал. Для этого необходима, высокая чувствительность и достаточно низкая инерционность системы. Кроме того,требуется, чтобы эти параметры не менялись в течение эксперимента.
Известно,что эти характеристики термогидрометра даже при исполь зовании его в относительно чистой водопроводной воде несколько изменяются,что естественно снижает достоверность полученных данных. Для ликвидации этого недостатка в методике регистрации пульсаций скорости течения нами был предусмотрен постоянный контроль чувствительности системы,подробно обсуждаемый ниже. Как показал эксперимент,чувствительность системы менялась незначительно,а ее средняя величина составляла 15 мм/(см/с) по модулю скорости и 5 мм/град, по углу при регистрации колебаний с помощью шлейфового осциллографа, (чувствительность приведена в мм отклонения аналоговой кривой). Точность измерения в среднем составляла I мм/с для модуля скорости и 0,01 для угла.
Исследование структуры турбулентности в области циркуляции в натурном русловом потоке
Исследованию турбулентных характеристик в русловых потоках посвящено большое количество работ. Однако, задача определения шести компонент тензора, турбулентных напряжений по поперечному сечению потока в натурных условиях нами решалась впервые. Измерения проводились в 1981 году на базе Валдайского филиала ГГИ на реке Полометь. Техническое оснащение,имеющееся на. базе, разработанные нами аппаратура и методика, применявшиеся в эксперименте, подробно описаны в главе 2. Исследование турбулентных характеристик натурного руслового потока, в области поперечного циркуляционного движения проводилось в том же поперечном сечении в узлах той же координатной сетки, в которых исследовалось распределение продольной составляю щей вектора, средней скорости, представленное на рис. 17. Измерения велись на. четырех вертикалях, удаленных друг от друга на. 20 см. Координата, первой вертикали - 40 см. Измерительные горизонтали располагались через каждые 5 см, первая горизонталь отсто яла от поверхности воды на 2 см. Координаты вертикалей отсчитыва.-лись от уреза, воды, координаты горизонталей - от ее поверхности.
На. основе полученных экспериментальных данных в узлах: описанной координатной сетки поперечного сечения потока были определены шесть компонент тензора турбулентных напряжений. При решении уравнений движения турбулентного потока., однородного в направлении движения, с циркуляционным движением, ось которого совпадает с направлением основного потока, необходимо определить четыре компоненты тензора, турбулентных напряжений - три нормальных и одно касательное - tf w .
Величины нормальных компонент турбулентных напряжений Vі , гг 1 , у? 1 приведены в таблице 2. В таблице приведены результаты, полученные на каждой из четырех вертикалей, в отдельных колонках, причем вертикали обозначены цифрами І - ІУ, начиная с вертикали У = 40 см и далее через каждые 20 см по поперечной координате У. Измерительные горизонтали обозначены в соответствии со своими координатами, начиная с горизонтали, отстоящей от поверхности на. 2 см и далее через каждые пять сантиметров. Величины о,х , vtl, w,K приведены в (CM/G) . Для первых двух горизонтов на первой, второй и третьей вертикалях величины v z и ш не приводятся, так как их значения находятся за. пределами точности измерений. Для всех полученных величин доверительный интервал для доверительной вероятности 0,67 не превышал 10$ от измеряемой величины, при этом точность определения скорости была не хуже, чем I мм/с, в противном случае, как отмечено вьше, значения величин не указываются. Для облегчения анализа полученных экспериментальных данных по значениям величин f , Vа , иХ х , представленным в таблице 2, были построены вертикальные профили этих величин на всех измерительных вертикалях. Полученные профили приведены на рис.29. На рис.29 по оси абсцисс отложены величины , « , w в (см/с) , причем значения величин Vа и № " увеличены на. порядок для удобства построения графика. По оси ординат отложены координаты измерительных горизонталей. Анализ экспериментальных данных, приведенных на. рис. 29, позволил выяснить основные особенности распределения турбулентных напряжений по поперечному сечению потока в области циркуляции.
В области поперечной циркуляции жидкости величины нормальных компонент тензора, турбулентных напряжений возрастают от поверхности потока к нижней границе области. В то же время наблюдается убывание этих величин в направлении от берега к центру потока. Однако, на четвертой вертикали величины и , v 1 , иУ,Хт возрастают вновь. В исследуемой области потока вертикальные профили величин с/ г , v,z, №,г имеют сходный характер, хотя они и отличаются по абсолютной величине. Во всей исследуемой области наблюдается рост величин и г , V , иї,и при возрастании градиента продольной составляющей средней скорости потока и убывание этих величин при уменьшении значения градиента средней скорости в данной области потока. Сравнение величин с,а , іҐг , w,L с величиной градиента средней скорости потока удобно проводить с помощью рисунков 16 и 17, на. которых представлен поперечный профиль средней скорости на горизонте t 27 см и распределение линий равной скорости в поперечном сечении реки Полометь. Большим градиентам средней скорости в области первой и четвертой вертикалей на рис. 16 соответствуют большие значения нормальных компонент турбулентных напряжений на этих вертикалях, показанные на рис. 29. В то же время, миншлум градиента скорости на второй и третьей вертикалях на горизонтах 27 - 37 см соответствуют минимальные значения нормальных компонент турбулентных напряжений в этой области потока.
Максимум величин f 1 , v"z , цу1\ наблюдаемый на всех вертикалях на глубинах 12 - 22 см, соответствует максимуму градиента, средней скорости, наблюдаемому в этой области потока в вертикальном направлении. Этот максимум хорошо виден на рис. 16, так как в указанной области потока, происходит сгущение линий равной скорости в вертикальном направлении. Таким образом, увеличению градиента средней скорости течения в любом направлении поперечного сечения потока соответствует рост нормальных компонент тензора турбулентных напряжений. Следующей важной особенностью полученного распределения нор мальных компонент турбулентных напряжений является их анизотропия. Как следует из данных, приведенных на рис. 29, во всей исследуемой области потока продольная компонента V примерно на порядок превышает компоненты Vі и wfi . Поперечные составляю-щие V и W также отличны друг от друга, причем во всей области циркуляции значения вертикальной компоненты превышают значе (2. 12. ния горизонтальной: . Экспериментальные данные, приведенные в таблице 2, позволяют заключить, что отношение величин W /Vі практически постоянно во всей области поперечной циркуляции. При этом непосредст-венные расчеты показывают, что это отношение равно v /v к 2. Для исследования распределения разности { wl V ) по поперечному сечению потока, значения этой разности были вычислены по данным, приведенным в таблице 2. Полученное распределение представлено в таблице 3. Из полученных данных следует, что разность ( vr - v ) убывает от берега к центру потока вплоть до четвертой вертикали. На четвертой вертикали эта разность возрастает в узкой области потока. В вертикальном направлении разность ( уу1 - Vі ) растет от поверхности к нижней границе области. Разность ( w1 - ь-,г- ) достигает максимума на нижней грани це области циркуляции на глубине 52 см и далее начинает убывать с глубиной. Г" "" Таким образом, полученные экспериментальные данные позволили выяснить основные особенности распределения нормальных компонент тензора, турбулентных напряжений по поперечному сечению прибрежной области русловых потоков.
