【摘要】明渠水力学的传统观点认为,明渠湍流平均流速分布的对数律是与Reynolds数和Froude数无关的普适律。由于Karman常数与摩阻流速难以分离,且平均流速分布与对数律的偏离是一个渐进过程,因此导致目前对对数区的范围以及Karman常数的取值存在较大争议。该文引入诊断函数分析了高频粒子图像测速系统(PIV)测量所得光滑明渠恒定均匀湍流数据。当平均流速分布严格满足对数律时,诊断函数为常数。分析结果表明,在该实验的Reynolds数条件下,诊断函数在全水深都不存在水平段,即平均流速分布没有严格意义的对数区。根据实验和直接数值模拟的结果趋势推测,随着Reynolds数增加,流速分布将会出现严格意义的对数区,并且其范围会逐渐增大。当Reynolds数足够大时,明渠湍流的Karman常数将落在0.334和0.415之间,对数区范围将小于76

【关键词】明渠  湍流  Reynolds数  对数律  诊断函数

【基金】国家自然科学基金项目(51809268);; 北京市大学生创新性实验计划(2018bj103)

【所属期刊栏目】清华大学学报(自然科学版)

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