Локальное подобие течения и распределение скоростей в турбулентных потоках

Обоснование условий, обеспечивающих подобие кинематических и динамических характеристик турбулентных потоков, имеет принципиальное значение для решения задач гидравлического моделирования и инженерных расчетов систем водоснабжения и водоотведения, а также водопропускных сооружений в гидротехническом и дорожном строительстве. В работе показано, что условия подобия распределения скоростей Прандтля-Никурадзе для течений в трубах не отвечают принципу универсальности при различных режимах гидравлического сопротивления, а распределение скоростей степенного вида до настоящего времени не имеет теоретического обоснования. Доказано, что принципу локального подобия турбулентных течений Кармана-Седова в равной мере соответствуют распределения скоростей логарифмического и степенного вида. При этом параметрами кинематического подобия являются динамическая скорость и коэффициент гидравлического сопротивления. Приведены данные измерений распределения скоростей в речных потоках, существенно отличающихся своими масштабами и водностью, которые согласуются как с логарифмической, так и со степенной формой профиля скорости.

Предложена методика определения динамической скорости по данным измерений распределения скоростей на основе их представления в форме логарифмического и степенного распределений. Показано, что для исследованных речных потоков оба способа определения динамической скорости дают близкие результаты.