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基于底流消能的跌坎型消能工水流结构特性分析

作　者: 张强
导　师: 王海军
学　校: 昆明理工大学
专　业: 水利水电工程
关键词: 跌坎消能水力特性射流漩涡
分类号: TV653
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

目前,我国许多在建和拟建的水利水电工程以水头高,流量、泄洪功率大为特点。大坝的泄洪消能问题变得格外的突出,保证具有巨大能量的洪水安全下泄,成为高坝建设中的关键技术。基于底流消能的跌坎型消能工,是一种能适应高水头大流量的新型消能工,它具有较高的消能率,消除了雾化的影响,与常规底流消能工相比,大幅度的降低了消力池中的水力学指标。当前,国内开始以实际工程为对象(如在建的向家坝水电站和金安桥水电站)进行基于底流消能的跌坎型消能工的研究工作并应用于工程实践,但缺乏系统性的基础研究和成果。本论文是基于云南省自然科学基金项目(2006A0018M)而立题的。采用水力学试验的方法,通过改变入池能量、入池角度以及跌坎深度三个条件,对跌坎型消能工消力池内的流态、时均动水压力、流速等水力学指标进行了详细的观测。在试验结果分析的基础上运用理论分析进行以下研究：(1)分析消力池内流态的变化规律及影响因素；(2)研究底流流态下消力池内水流运动结构、流速分布计算、时均动水压力分布计算；(3)研究坎后横轴漩涡的运动变化规律、漩涡区的水力特性。本文进行的工作内容与成果为：1.介绍了消能问题中的基本流动现象及其运动机制,并详细介绍了混合流理论的基本概念和流态分类,运用混合流理论对跌坎型消能工中的流动现象进行了分析。2.研究了淹没底流流态下跌坎型消能工水流的运动,根据消力池内水流的运动情况,对水流进行了分区研究,同时对底流流态下流场中的奇点特性做了分析。3.对消力池内水力特性(包括水面线形态、临底流速以及底板时均动水压力)结合试验进行了分析。推导出了淹没底流流态下跌坎型消能工的控制方程。4.对淹没射流区、淹没水跃区水流的扩散和流速衰减进行了分析,通过试验数据的拟合得到了跌坎型消能工淹没射流区、淹没水跃区水流的流速分公式；对冲击区时均压力进行了研究,得出了消力池底板上时均冲击压强的公式,并通过试验数据分析,研究了压强的分布规律；对射流的沿程消能率进行了估算。5.初步研究了坎后漩涡的运动方程、运动区域以及涡心位置的变化,同时对漩涡区的水力特性结合水力学试验进行了研究。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-21
  1.1 引言  9-10
  1.2 基本消能方式简介  10-14
  1.3 新型底流消能工在高坝中的应用  14-16
  1.4 跌坎型底流消能工的提出及研究意义  16-19
  1.5 本文研究的目的及主要研究内容  19
  1.6 本文的组织安排  19-21
第二章试验简介  21-27
  2.1 试验研究的目的和内容  21
  2.2 试验研究方法和测试内容  21-22
  2.3 试验制作与布置  22-25
  2.4 试验量测与数据采集  25-26
  2.5 试验工况拟定  26-27
第三章跌坎型消能工水流特性分析  27-45
  3.1 消能问题中的基本流动现象  27-28
  3.2 混合流理论  28-31
  3.3 跌坎型消能工流动现象分析  31-36
  3.4 消力池内流场的奇点特性  36-39
  3.5 水力特性分析  39-41
  3.6 跌坎型消能工控制方程  41-45
第四章基于射流理论的跌坎型消能工水流结构分析  45-63
  4.1 跌坎型消能工消能机理  45
  4.2 紊动射流的特性  45-49
  4.3 跌坎型消力池内射流特性分析  49-60
  4.4 主流沿程消能率估算  60-61
  本章小结  61-63
第五章坎后漩涡水力特性初步分析  63-75
  5.1 漩涡的形成  63
  5.2 漩涡基本方程  63-65
  5.3 漩涡运动分析  65-67
  5.4 漩涡区水力特性  67-72
  本章小结  72-75
第六章结论  75-77
  6.1 主要工作  75
  6.2 主要结论及成果  75-76
  6.3 下一步研究的问题  76-77
参考文献  77-81
致谢  81-82
附录A 硕士期间发表的论文及参与的科研项目  82

基于底流消能的跌坎型消能工水流结构特性分析

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