ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРА Т. КАРМАНА
В статье рассмотрены различные подходы к оценке физической сущности параметра Т. Кармана, характеризующего распределение скорости потока по вертикали. С одной стороны, параметр Т. Кармана является коэффициентом пропорциональности между длиной пути перемешивания и глубиной, с другой – характеризует у...
| Main Authors: | , |
|---|---|
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Scientific and Industrial Research Association Gidrotehproekt
2019-12-01
|
| Series: | Гидросфера: Опасные процессы и явления |
| Subjects: | |
| Online Access: | http://hydro-sphere.ru/index.php/hydrosphere/article/view/22 |
| _version_ | 1818879682188148736 |
|---|---|
| author | Alexey Yu. Vinogradov Mariya M. Kadatskaya |
| author_facet | Alexey Yu. Vinogradov Mariya M. Kadatskaya |
| author_sort | Alexey Yu. Vinogradov |
| collection | DOAJ |
| description | В статье рассмотрены различные подходы к оценке физической сущности параметра Т. Кармана, характеризующего распределение скорости потока по вертикали. С одной стороны, параметр Т. Кармана является коэффициентом пропорциональности между длиной пути перемешивания и глубиной, с другой – характеризует угол наклона вертикального профиля скорости. Считается, что данный параметр является универсальным, то есть константой при условии, что осредненное распределение скоростей является постоянным. Однако, в зависимости от того, каким образом мы определяем величину данного параметра, различие в его значениях доходят до 2 порядков.
Рассмотрены два способа оценки параметра Т. Кармана. В первом случае параметр определяется на основе прямых измерений максимальной и средней скоростей движения потока, глубины и уклона водной поверхности на конкретном участке. Распространение полученного значения на другие створы приведет к ошибкам.
Во втором случае параметр определяется как функция коэффициента гидравлического трения. Авторами показано, что параметр Т. Кармана является функцией коэффициента турбулентного обмена (вязкости) и опосредованно является функцией глубины потока. В результате расчетов показано, что в придонной части значения параметра Т. Кармана максимальны.
Дополнительно в статье предложен новый вариант расчета параметра Т. Кармана через величину касательного напряжения для турбулентного потока.
Сделан вывод, что поскольку для скоростей <1 м/с при изменении значений параметра Т. Кармана от 0,27 до 0,38 изменения максимальной скорости не превышают 3%, что укладывается в погрешность измерений скорости вертушкой, то практически оценить величину параметра Т. Кармана на основании измеренных скоростей для равнинных рек даже при множественных измерениях стандартным гидрометрическим оборудованием невозможно.
Литература
Барышников Н.Б., Попов И.В. Динамика русловых потоков и русловые процессы. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 454 с.
Большаков В.А., Константинов Ю.М., Попов В.Н. Справочник по гидравлике. К.: Вища школа, 1977. 280 с.
Виноградов А.Ю., Кадацкая М.М., Бирман А.Р., Виноградова Т.А., Обязов В.А., Кацадзе В.А., Угрюмов С.А., Бачериков И.В., Коваленко Т.В., Хвалев С.В., Парфенов Е.А. Расчёт неразмывающих скоростей водного потока на высоте верхней границы пограничного слоя // Resources and Technology. 2019. Т. 16. № 3. С. 44-61. DOI: 10.15393/j2.art.2019.4782
Гольдштик М.А., Кутателадзе С.С. Вычисление константы пристенной турбулентности // Доклады академии наук СССР. 1969. Т. 185. № 3.
С. 535-537.
Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. 428 с.
Дейли Дж., Харлеман Д. Механика жидкости / Пер. с англ. под ред. О.Ф. Васильева. М.: Энергия, 1971. 480 с.
Железняков Г.В. Пропускная способность русел каналов и рек. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 308 с.
Железняков Г.В. Теория гидрометрии / 2-е изд. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 344 с.
Лаптев А.Г., Фарахов Т.М. Математические модели и расчет гидродинамических характеристик пограничного слоя [Электронный ресурс] // Научный журнал КубГАУ. 2012. №82(08). URL: http://ej.kubagro.ru/2012/08/pdf/52.pdf (дата обращения: 13.04.2019)
Монин А.С., Яглом А.М. Статистическая гидромеханика: в 2 т. Т. 1. Механика турбулентности. М.: Наука, 1965. 639 с.
Гидротехнические сооружения / Под общ. ред. В.П. Недрига. М.: Стройиздат, 1983. 543 с.
Одишария Г.Э., Точигин А.А. Прикладная гидродинамика газожидкостных смесей. М.: Всерос. НИИ природ. газов и газовых технологий; Иваново: Иванов. гос. энергет. ун-т, 1998. 397 с.
Скребков Г.П., Федоров Н.А. Интегральная и локальная величины коэффициентов турбулентного профиля скорости // Вестник МГСУ. 2013. №4. С. 201-208. DOI: 10.22227/1997-0935.2013.4.201-208
Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя / Пер. с нем. Г.А. Вольперта; под ред. Л.Г. Лойцянского. М.: Наука, 1974. 713 с.
Штеренлихт Д.В. Гидравлика: учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1984. 640 с.
Akinlade O.G., Bergstrom D.J. Effect of surface roughness on the coefficients of a power law for the mean velocity in a turbulent boundary layer // Journal of Turbulence. 2007. V. 8. Art. N18. DOI: 10.1080/14685240701317245
Hall C.W. Laws and Models: Science, Engineering and Technology. Boca Raton: CRC Press LLC, 2000. 535 p.
Jiménez J., Hoyas S., Simens M.P., Mizuno Y. Turbulent boundary layers and channels at moderate Reynolds numbers // Journal of Fluid Mechanics. 2010. V. 657. P. 335-360. DOI: 10.1017/S0022112010001370 |
| first_indexed | 2024-12-19T14:33:57Z |
| format | Article |
| id | doaj.art-6a9a81fd24b94e95a0d25bb842413b70 |
| institution | Directory Open Access Journal |
| issn | 2686-7877 2686-8385 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2024-12-19T14:33:57Z |
| publishDate | 2019-12-01 |
| publisher | Scientific and Industrial Research Association Gidrotehproekt |
| record_format | Article |
| series | Гидросфера: Опасные процессы и явления |
| spelling | doaj.art-6a9a81fd24b94e95a0d25bb842413b702022-12-21T20:17:21ZrusScientific and Industrial Research Association GidrotehproektГидросфера: Опасные процессы и явления2686-78772686-83852019-12-011210.34753/HS.2019.1.2.00522ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРА Т. КАРМАНАAlexey Yu. Vinogradov0Mariya M. Kadatskaya1ООО НПО «Гидротехпроект», г. Валдай, Россия; Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет, г. Санкт-Петербург, РоссияООО НПО «Гидротехпроект», г. Валдай, РоссияВ статье рассмотрены различные подходы к оценке физической сущности параметра Т. Кармана, характеризующего распределение скорости потока по вертикали. С одной стороны, параметр Т. Кармана является коэффициентом пропорциональности между длиной пути перемешивания и глубиной, с другой – характеризует угол наклона вертикального профиля скорости. Считается, что данный параметр является универсальным, то есть константой при условии, что осредненное распределение скоростей является постоянным. Однако, в зависимости от того, каким образом мы определяем величину данного параметра, различие в его значениях доходят до 2 порядков. Рассмотрены два способа оценки параметра Т. Кармана. В первом случае параметр определяется на основе прямых измерений максимальной и средней скоростей движения потока, глубины и уклона водной поверхности на конкретном участке. Распространение полученного значения на другие створы приведет к ошибкам. Во втором случае параметр определяется как функция коэффициента гидравлического трения. Авторами показано, что параметр Т. Кармана является функцией коэффициента турбулентного обмена (вязкости) и опосредованно является функцией глубины потока. В результате расчетов показано, что в придонной части значения параметра Т. Кармана максимальны. Дополнительно в статье предложен новый вариант расчета параметра Т. Кармана через величину касательного напряжения для турбулентного потока. Сделан вывод, что поскольку для скоростей <1 м/с при изменении значений параметра Т. Кармана от 0,27 до 0,38 изменения максимальной скорости не превышают 3%, что укладывается в погрешность измерений скорости вертушкой, то практически оценить величину параметра Т. Кармана на основании измеренных скоростей для равнинных рек даже при множественных измерениях стандартным гидрометрическим оборудованием невозможно. Литература Барышников Н.Б., Попов И.В. Динамика русловых потоков и русловые процессы. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 454 с. Большаков В.А., Константинов Ю.М., Попов В.Н. Справочник по гидравлике. К.: Вища школа, 1977. 280 с. Виноградов А.Ю., Кадацкая М.М., Бирман А.Р., Виноградова Т.А., Обязов В.А., Кацадзе В.А., Угрюмов С.А., Бачериков И.В., Коваленко Т.В., Хвалев С.В., Парфенов Е.А. Расчёт неразмывающих скоростей водного потока на высоте верхней границы пограничного слоя // Resources and Technology. 2019. Т. 16. № 3. С. 44-61. DOI: 10.15393/j2.art.2019.4782 Гольдштик М.А., Кутателадзе С.С. Вычисление константы пристенной турбулентности // Доклады академии наук СССР. 1969. Т. 185. № 3. С. 535-537. Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. 428 с. Дейли Дж., Харлеман Д. Механика жидкости / Пер. с англ. под ред. О.Ф. Васильева. М.: Энергия, 1971. 480 с. Железняков Г.В. Пропускная способность русел каналов и рек. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 308 с. Железняков Г.В. Теория гидрометрии / 2-е изд. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 344 с. Лаптев А.Г., Фарахов Т.М. Математические модели и расчет гидродинамических характеристик пограничного слоя [Электронный ресурс] // Научный журнал КубГАУ. 2012. №82(08). URL: http://ej.kubagro.ru/2012/08/pdf/52.pdf (дата обращения: 13.04.2019) Монин А.С., Яглом А.М. Статистическая гидромеханика: в 2 т. Т. 1. Механика турбулентности. М.: Наука, 1965. 639 с. Гидротехнические сооружения / Под общ. ред. В.П. Недрига. М.: Стройиздат, 1983. 543 с. Одишария Г.Э., Точигин А.А. Прикладная гидродинамика газожидкостных смесей. М.: Всерос. НИИ природ. газов и газовых технологий; Иваново: Иванов. гос. энергет. ун-т, 1998. 397 с. Скребков Г.П., Федоров Н.А. Интегральная и локальная величины коэффициентов турбулентного профиля скорости // Вестник МГСУ. 2013. №4. С. 201-208. DOI: 10.22227/1997-0935.2013.4.201-208 Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя / Пер. с нем. Г.А. Вольперта; под ред. Л.Г. Лойцянского. М.: Наука, 1974. 713 с. Штеренлихт Д.В. Гидравлика: учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1984. 640 с. Akinlade O.G., Bergstrom D.J. Effect of surface roughness on the coefficients of a power law for the mean velocity in a turbulent boundary layer // Journal of Turbulence. 2007. V. 8. Art. N18. DOI: 10.1080/14685240701317245 Hall C.W. Laws and Models: Science, Engineering and Technology. Boca Raton: CRC Press LLC, 2000. 535 p. Jiménez J., Hoyas S., Simens M.P., Mizuno Y. Turbulent boundary layers and channels at moderate Reynolds numbers // Journal of Fluid Mechanics. 2010. V. 657. P. 335-360. DOI: 10.1017/S0022112010001370http://hydro-sphere.ru/index.php/hydrosphere/article/view/22параметр Карманакоэффициент турбулентного обмена (вязкости)число Рейнольдсакоэффициент гидравлического тренияэпюра распределения скоростейтурбулентный режим |
| spellingShingle | Alexey Yu. Vinogradov Mariya M. Kadatskaya ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРА Т. КАРМАНА Гидросфера: Опасные процессы и явления параметр Кармана коэффициент турбулентного обмена (вязкости) число Рейнольдса коэффициент гидравлического трения эпюра распределения скоростей турбулентный режим |
| title | ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРА Т. КАРМАНА |
| title_full | ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРА Т. КАРМАНА |
| title_fullStr | ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРА Т. КАРМАНА |
| title_full_unstemmed | ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРА Т. КАРМАНА |
| title_short | ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРА Т. КАРМАНА |
| title_sort | теоретический расчет значения параметра т кармана |
| topic | параметр Кармана коэффициент турбулентного обмена (вязкости) число Рейнольдса коэффициент гидравлического трения эпюра распределения скоростей турбулентный режим |
| url | http://hydro-sphere.ru/index.php/hydrosphere/article/view/22 |
| work_keys_str_mv | AT alexeyyuvinogradov teoretičeskijrasčetznačeniâparametratkarmana AT mariyamkadatskaya teoretičeskijrasčetznačeniâparametratkarmana |