Phân bố vận tốc trong dòng biến đổi nhanh

Một phần của tài liệu Các nguyên lý của dòng chảy chất lỏng và sóng mặt trong sông, cửa sông, biển và đại dương - Chương 7 ppt (Trang 34 - 37)

Những građien áp suất lớn xuất hiện trong dòng biến đổi nhanh, cả hướng thẳng đứng lẫn hướng ngang. Trong dòng chảy phân kỳ (= giảm tốc) áp suất tăng theo hướng dòng chảy (dp/dx > 0) vì sự tăng áp suất này làm cho dòng chảy chậm đi. Trong dòng chảy hội tụ (= tăng tốc) áp suất giảm theo hướng dòng chảy (dp/dx < 0). Sự tăng áp suất theo hướng ngang trong dòng chảy phân kỳ có thể trở nên lớn đến nỗi vận tốc chất lỏng gần đáy giảm đến không và thậm chí có thể đảo ngược. Hiện tượng này được gọi là tách dòng chảy, như trong hình 7.23 đối với dòng chảy trong một rãnh có thành dốc thẳng góc với hướng dòng chảy chính. Dòng chảy được tách ra tại điểm S. Dòng chảy lại tái nhập tại điểm R (điểm tái nhập). Khu vực giữa điểm S và R được đặc trưng bởi dòng chảy đảo ngược. Lớp dòng chảy ở trên khu vực này gọi là lớp xáo trộn do sự có mặt của những građien vận tốc lớn (du/dz), gây ra xáo trộn cường độ cao của dòng chảy (tác động rối cao). Hạ lưu điểm R lớp biên tái phát triển thành một lớp với phân bố vận tốc lôgarit chuẩn. Quá trình phát triển này chiếm một chiều dài khoảng 20 đến 40 lần độ sâu nước. Trong khu vực tăng tốc của rãnh, phân bố vận tốc trở thành đều hơn theo hướng thẳng đứng (những profil loại khối), trong khi tác động rối chồng lên (xem hình 7.23). Hiện tượng tương tự có thể quan sát trong hình 7.24, cho thấy dòng chảy qua một đập dốc được nối tiếp bởi một rãnh dốc. Hình 7.25 cho thấy các đặc tính dòng chảy trên một đáy bao phủ bởi đụn cát. Về cơ bản, những đặc trưng dòng chảy cũng như vậy đối với một rãnh có mái rất dốc. Hạ lưu đỉnh đụn cát có một khu vực nhỏ gần đáy với dòng

chảy đảo ngược. Bên ngoài điểm tái nhập R là lớp biên tái phát triển, trước hết cho thấy một độ nghiêng của profil vận tốc mà sẽ dần dần biến mất. Một phân bố vận tốc loại khối phát sinh tại cuối khu vực tăng tốc (ở trên đỉnh đụn cát). Phân bố vận tốc đo đạc cho trong hình 7.26.

Hình 7.23. Những đặc trưng dòng chảy trong một rãnh có mái dốc

Hình 7.24. Những profil vận tốc đo đạc trên một đập và trong một rãnh (Delft Hydraulics, 1985)

Hình 7.25. Những đặc trưng dòng chảy trên một đáy có đụn cát bao phủ

Hình 7.26. Những profil vận tốc đo đạc trên một đáy có đụn cát bao phủ (Delft Hydraulics, 1988)

Một phần của tài liệu Các nguyên lý của dòng chảy chất lỏng và sóng mặt trong sông, cửa sông, biển và đại dương - Chương 7 ppt (Trang 34 - 37)