Page 23 - 2021年第52卷第9期

0.35 床面阻力系数
0.05
糙率系数
0.30
糙率系数
床面阻力系数
床面阻力系数 f b 0.20 0.04 n b0 糙率系数
0.25
0.15

0.10 0.03
0.05
0.02
0 0.5 1.0 1.5 2.0
Re×10 5
图 4 原床面阻力系数以及糙率系数与雷诺数之间的关系
测值。因为乔木组植物布置密度小，可以认为前一株植物的尾流对后一株植物影响很小，可近似视
为单圆柱绕流问题。
以往研究计算单圆柱绕流拖曳力系数的公式列于表 2。乔木组 C 实测值和利用表 2 公式计算的
Ds
预测值对比如图 5 所示。实测值略大于预测值，这是因为乔木杆表面粗糙不平，与采用光滑圆柱杆试
验相比，乔木表面的摩擦力略大于圆柱杆表面的摩擦力，这里的拖曳力系数是摩擦力和压差阻力综
合作用的结果。

表 2 以往研究计算单圆柱绕流拖曳力系数的公式

计算 C Ds表达式 参考文献
2
-
C = 1 + 10R 3 文献[40]
Ds d
C = 2(0.58 + 6.49λ ) 文献[41]
Ds
é ù ö é æ æ R ö 0.7 ù ö
ê
C = 11R -0.75 + 0.9ê ê 1 - exp ç ç - ú ú ÷ ÷ + 1.2 1 - exp ç - ç ç d ÷ ÷ ú ÷ 文献[35]
æ 1000
Ds d R ê ç 4500 ú ÷
ë è d û ø ë è è ø û ø
注：茎杆雷诺数 R = u d/ν ，d 为植物直径，λ为植物所占水体的体积分数。
d v
1.5 实测值 文献[41]预测值
文献[40]预测值 文献[35]预测值

C Ds 1.0

0.5
B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B11 B12 B13
工况
图 5 乔木组 C Ds实测值与预测值的比较
4.2 灌木组和芦苇组阻力试验成果
4.2.1 典型试验工况水力特性试验结果 首先通过典型试验工况的水力特性试验结果定性说明植物
#
阻力大小。选取表 1 中编号 11、编号 12、编号 13 共计 9 组试验工况，6 水面线测量断面中测线（x=6 m，
y=1 m）沿垂向的流速分布和紊动能 TKE 分布分别如图 6 和图 7 所示。图 6 和图 7 中的（a）代表 A11、
C11、D11 三组试验工况，（b）代表 A12、C12、D12 三组试验工况，（c）代表 A13、C13、D13 三组试验
工况。由图 6 可得，在相同来流条件下，水流流经植物之后，流速减小，其中芦苇组流速减小最明
显，说明其对应的等效床面阻力较大。由图 7 可知，在相同来流条件下，水流流经植物之后，紊动

— 1029 —