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跌坎型底流消能工不同水流结构掺气特征研究

作　者: 李明敏
导　师: 王海军
学　校: 昆明理工大学
专　业: 农业水土工程
关键词: 跌坎型底流消能工掺气水流结构试验研究掺气浓度
分类号: TV135.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

近年来,随着科学技术的进步,世界上修建的高坝日益增多。这些工程泄洪的共同特点是,水头高,流量大,流速大。由于水头高,流速大,再加地形、地质条件十分复杂,因此大坝的泄洪消能问题变得格外的突出。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,具有较高的效能率。在底流消能工中,泄水建筑物过流时,由于水头高、流量大,或者水流表面或过流边界突变,造成大量的空气掺入水流中,形成掺气水流。在这种情况下,强烈的水流与气泡之间进行气体质量交换,气泡贡献了气体传输物质量的大部分。在强紊动掺气水体中,气泡不断地发生聚并、分裂和上升等溶解现象。基于底流的跌坎型消能工,水流掺气后,使消力池内水深增加,在设计消力池体型(如,消力池底板的厚度,消力池边墙的高度等)时应考虑掺气的影响,如果对掺气水流水深及掺气临界点位置的估计不足,则除会直接影响工程的投资外,还威胁到建筑物的安全；另外,掺气水流靠近底部的掺气浓度大于7%时就可减免空蚀破坏；水流掺气还可改善下游冲刷的情况等。所以掺气水流的研究对跌坎型底流消能工的设计有重要意义。本文采用水力学试验的方法,对模型消力池内各种流态下的水力指标进行了观测与分析,着重对淹没底流流态下池内不同水流结构的掺气特征进行研究,包括底部旋滚区、冲击区、附壁射流区、自由紊动射流区和面滚回流区。在不同试验工况下得出各个分区内掺气水流的浓度分布规律、掺气迁移扩散运动机理等几点结论。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章绪论  8-20
  1.1 引言  8-9
  1.2 基本消能方式简介  9-14
  1.3 新型底流消能工在高坝中的应用  14-16
  1.4 掺气水流  16-19
    1.4.1 掺气的定义及分类  16-17
    1.4.2 国内外对掺气水流的研究现状  17-18
    1.4.3 底流消能工水流掺气的研究意义  18-19
  1.5 本文主要内容及研究的方法  19
  1.6 本章小结  19-20
第二章跌坎型底流消能工试验模型简介  20-28
  2.1 引言  20
  2.2 模型试验简介  20-23
    2.2.1 模型的制作与布置  20-22
    2.2.2 试验数据的量测与测压点布置  22
    2.2.3 试验工况设定  22-23
  2.3 模型消力池内水流流态分析  23-27
    2.3.1 跌坎型底流消能工水流流态  23-25
    2.3.2 淹没底流流态下水流结构  25-26
    2.3.3 跌坎型底流消能工消能机理  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章掺气理论  28-42
  3.1 掺气水流有关的基本理论  28-33
    3.1.1 紊流(湍流)  28-29
    3.1.2 紊动扩散理论  29-31
    3.1.3 边界层理论  31-33
  3.2 掺气水流理论  33-37
    3.2.1 水流掺气的成因与机理  33-37
  3.3 掺气发生条件的判别  37-39
  3.4 掺气发生点的确定  39-40
  3.5 掺气浓度  40-41
  3.6 本章小结  41-42
第四章跌坎型底流消能工不同水流结构掺气水流试验研究  42-62
  4.1 跌坎型底流消能工不同水流结构分区的确定  42-43
  4.2 跌坎型底流消能工不同水流结构掺气浓度的分布  43-59
    4.2.1 底滚回流区浓度分布  46-48
    4.2.2 冲击区浓度分布  48-51
    4.2.3 附壁射流区浓度分布  51-54
    4.2.4 淹没自由射流区浓度分布  54-56
    4.2.5 面滚回流区浓度分布  56-59
  4.3 跌坎型底流消能工不同水流结构水流掺气扩散迁移运动机理  59-60
  4.4 跌坎型底流消能工水体溶解气体产生机理  60
  4.5 本章小结  60-62
第五章结论  62-64
  5.1 总结  62
  5.2 存在问题  62-64
参考文献  64-68
致谢  68-70
附录作者在攻读硕士学位期间发表的论文及参与的项目  70-72
附图  72-73

跌坎型底流消能工不同水流结构掺气特征研究

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