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公伯峡水平旋流式泄洪洞试验研究及运行方式的优化

作　者: 贺立强
导　师: 牛争鸣
学　校: 西安理工大学
专　业: 水力学及河流动力学
关键词: 水平旋流闸门开度通风量水流旋转角消能率运行优化
分类号: TV131.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 114次
引　用: 2次
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内容摘要

水平旋流内消能工作为新型的消能型式,具有消能率高、施工简单和布置灵活等优点,为使这项技术得到推广和应用,本文首先对公伯峡旋流泄洪洞四种体型的试验研究进行了总结,又通过模型试验对最终设计体型不同工况水力特性进行了对比分析,对运行进行了优化,结合原型观测设计量测了模型数据,并通过理论分析总结出相应经验公式。通过试验表明,除闸门四分之一开度不能满足设计泄流量外,其余三种开度的泄量都能满足设计要求。并通过试验数据分析出淹没流时泄量同堰上水头之间的关系式,前三种开度时为线性关系,四分之一开度时为二次多项式关系。闸门全开水位在2002.0m以上时流态为淹没流且较稳定,四分之三开度时流态较好,二分之一开度时水位在2005.0m以上时才比较稳定,闸门四分之一开度时流态始终不稳定。在溢流堰部位,随着水位的降低在其底部将会产生负压,水平洞段的负压区主要集中在三个体型变化段,水垫塘渐变段后、收缩墩扩张部分及退水洞突变段,其中退水洞突扩段在任何工况下均为负压,所以应采取适当措施防止空蚀破坏。上部5个通气孔通风量随库水位的变化趋势基本相同,闸门全开和四分之一开度时,通气孔有时吸气有时吹气,四分之三开度在闸门控制范围内上部通气孔无气体进出,二分之一开度时水位越低通风量越大。下部通气孔在整个试验过程中一直通气且处于吸气状态,但各闸门开度的变化曲线完全不同,上下通气孔总通风量变化趋势和下部通气孔通风量变化趋势相同,只是数值不同。闸门全开和四分之一开度时,旋转角的减小可侧面反映出消能率的沿程变化,而闸门四分之三开度和二分之一开度时水流旋转角沿洞长的变化规律不能真实反映消能率的变化。通过试验数据得出结论,公伯峡水平旋流泄洪洞消能率近似为常数。通过对各水力特性的综合分析,确定了优化后的水平旋流泄洪洞运行方案:首先要保证旋流泄洪洞在任何时候均为淹没流,其次要避免闸门小开度或低水位运行。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1. 绪论  9-17
  1.1 课题研究的背景和意义  9-11
  1.2 国内旋流内消能泄洪洞的工程方案论证与试验研究  11-13
  1.3 原型观测概述  13-15
  1.4 公伯峡水平旋流水力学原型观测设计  15
  1.5 公伯峡旋流消能工的运行优化及推广价值  15-16
  1.6 本文研究内容及意义  16-17
2. 公伯峡旋流式泄洪洞试验研究总结  17-27
  2.1 工程概况  17
  2.2 任务的提出  17-18
  2.3 导流洞改建为旋流泄洪洞选型、试验研究与体型优化  18-26
  2.4 本章小结  26-27
3. 公伯峡旋流内消能泄洪洞最终设计模型试验研究  27-34
  3.1 模型试验目的  27
  3.2 模型设计与制作  27-30
  3.3 试验工况及量测设备  30-32
  3.4 模型相似性及数据可靠性论证  32-33
  3.5 本章小结  33-34
4. 各工况泄流量及流态比较  34-44
  4.1 泄流能力分析  34-36
  4.2 流量系数计算  36-38
  4.3 各闸门开度流态  38-41
  4.4 收缩墩处两种不同流态  41-43
  4.5 本章小结  43-44
5. 壁面时均压强分布  44-59
  5.1 总体压强分布  45-51
  5.2 各关键部位壁面压强分布  51-57
  5.3 本章小结  57-59
6 通气孔通风分析及对高速掺气水流特性的探讨  59-73
  6.1 设置掺气设施的必要性  59
  6.2 气蚀的原因及掺气减蚀的原理  59-61
  6.3 公伯峡旋流洞上下通气孔的体型及尺寸  61-62
  6.4 通气孔通风量的变化规律  62-67
  6.5 高速旋转掺气水流空化的探讨  67-69
  6.6 高速掺气水流的模型相似问题  69-71
  6.7 本章小结  71-73
7 水流旋转角及消能率探讨  73-83
  7.1 旋转水流特性与水流旋转角沿程变化  73-78
  7.2 水平旋流消能率研究  78-81
  7.3 本章小结  81-83
8 运行方式优化研究  83-89
  8.1 从泄量及流态进行优化  83-84
  8.2 从壁面压强进行优化  84-85
  8.3 从通气孔通气情况进行优化  85-86
  8.4 从消能率进行优化  86
  8.5 综合考虑进行优化  86-87
  8.6 上部通气孔设置必要性的探讨  87-88
  8.7 本章小结  88-89
9 论文总结与研究展望  89-92
  9.1 对本文的总结  89-91
  9.2 下一步工作展望  91-92
致谢  92-93
参考文献  93-96
附录  96-101
  一、硕士研究生期间所参与的课题  96
  二、硕士研究生期间所发表的论文  96
  三、论文中附图  96-101

公伯峡水平旋流式泄洪洞试验研究及运行方式的优化

内容摘要

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