紊流运动是自然界中普遍存在的流动状态,许多工程中的流体力学问题需要用紊流理论进行求解。由于水流紊动机理的复杂性,目前人们对于其运动规律并没有完全了解和掌握。为了进一步揭示水流紊动机理,本文通过模型试验,利用多普勒流速仪研究了闸坝下游冲刷坑水流的水力特性以及水流与泥沙的作用规律,得到以下结论:(1)采用多普勒流速仪,分别进行了3个冲刷坑形态、3个流量9个工况的清水观测试验,每个工况分别采集了5个断面的实验数据。通过对湍流瞬时物理量进行分析计算,得到其对应的平均值和瞬时值,并计算出表征湍流特性的特征量,如湍流强度、湍流动能、雷诺切应力、流速分量的概率密度函数、偏斜因子、平坦因子等。(2)各工况下水流时均流速的垂线分布基本类似,纵向时均流速随着水深的增加而增大,在靠近床面附近达到最大。在各断面上,紊动强度沿横向变化不大;在纵向和垂向上,沿水深先增大后减小;在接近床面时,紊动强度达到最大,然后迅速减小。纵向雷诺切应力沿水深先增大后减小,沿程分布逐渐减小。湍流动能沿水深分布的总体趋势是先增大后减小。流速概率密度分布类似正态分布。随着水深的增加,纵向和垂向脉动流速的概率密度分布偏离正态分布。纵向和垂向流速偏斜因子随着水深增加逐渐远离零值。在靠近床面的位置,流速平坦因子数值较其他位置显著增高。(3)采用多普勒流速仪,分别对沿程13个断面的有机玻璃水槽中含沙水流试验的数据进行采集。将采集的湍流瞬时物理量进行分离处理,得到相应的时均值和脉动值,计算了紊动强度、湍流动能、雷诺切应力、流速分量的频率密度函数、流速分离的概率密度函数、偏斜因子、平坦因子等湍流特征量。(4)随着泥沙浓度的增加,横向、纵向及垂向脉动强度均逐渐减小;对于相同浓度的含沙水流,颗粒粒径越小,脉动强度越小。湍动能、纵向雷诺切应力也有类似的分布规律。清水及含沙水流的流速概率密度分布类似正态分布。在近壁区,含沙水流的倾斜因子比清水更接近于0,其平坦因子与清水相比较,数值较小,进入主流区平坦因子增大。水流能量集中在低频区,在靠近床面的区域,横向、纵向和垂向的水流能量有所增加,此时泥沙运动促进水流紊动的发展;而在主流区水流能量均减小,此时泥沙运动对水流紊动起抑制作用。