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长陡坡无压隧洞洞内阶梯消能试验研究

作　者: 杨红宣
导　师: 王海军
学　校: 昆明理工大学
专　业: 水利水电工程
关键词: 无压隧洞陡坡阶梯溢流内流消能水力特性
分类号: TV653
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 32次
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内容摘要

为探求适合长陡坡无压隧洞的内流消能措施,提出了隧洞长陡坡段采用沿程消能的阶梯消能形式,为进一步研究阶梯溢流消能效果,采用物理模型试验与理论分析相结合的方法,对陡坡段阶梯消能的水流特性、消能效果和陡坡段后底流消能工设置的必要性进行了研究。通过对不同台阶尺寸、不同单宽流量下陡坡段阶梯溢流面上水流流态的观测和分析,提出阶梯消能的关键在于合理选用台阶形式和尺寸,以力求在较长的流程上形成滑掠水流流态,合适的台阶尺寸和阶梯布置形式能够适应下泄较大范围单宽流量的泄洪消能工况。试验研究表明,在台阶尺寸一定的情况下,水流旋滚起始位置和充分掺气位置随单宽流量的增加而沿流向向下游下移。在陡坡段上端设置由小到大的过渡台阶能够有效改善阶梯进口段水流流态。根据实测流速,从传统水力学角度出发,对陡坡段阶梯的消能率进行了计算和分析,得出了消能率与台阶尺寸、单宽流量变化的关系：台阶尺寸一定时,阶梯溢流的消能率随流量(或单宽流量)的增大而减小,且消能率并不是随下泄流量的增大而线性减小,而是随流量的增大,消能率的减小速度会变慢；单宽流量不变时,消能率随台阶尺寸的增大而增大。长陡坡无压隧洞采用沿程消能的阶梯消能措施,能够有效降低洞内沿程水流流速,简化下游消能设施,以大大减小下游消力池的尺寸或省去消力池,从而可以大量节省工程投资。是值得采用和推广的长陡坡无压隧洞内流消能措施。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-16
  1.1 引言  7-8
  1.2 阶梯消能的研究意义  8-9
  1.3 阶梯消能的研究现状  9-15
    1.3.1 阶梯溢流水流特性  9-10
    1.3.2 阶梯消能水流掺气  10-11
    1.3.3 消能率  11-14
    1.3.4 影响消能率的因素  14-15
  1.4 本文的课题来源、研究内容及方法  15-16
    1.4.1 课题来源  15
    1.4.2 研究内容及方法  15-16
2 模型设计、量测及研究任务  16-23
  2.1 工程概况  16-17
  2.2 模型试验目的与内容  17-18
  2.3 模型设计  18-19
    2.3.1 模型布置及制作  18
    2.3.2 模型设计及比尺  18
    2.3.3 模型的试验量测  18-19
  2.4 试验工况  19-20
  2.5 陡坡段采用沿程消能措施的必要性论证  20-22
  2.6 本章小结  22-23
3 陡坡段阶梯消能试验研究  23-52
  3.1 陡坡段阶梯消能方案一  23-31
    3.1.1 台阶体型的确定及布置  23
    3.1.2 试验结果及分析  23-30
    3.1.3 方案一小结  30-31
  3.2 陡坡段阶梯消能方案二  31-39
    3.2.1 台阶体型的确定及布置  31-32
    3.2.2 试验结果及分析  32-38
    3.2.3 方案二小结  38-39
  3.3 陡坡段阶梯消能方案三  39-48
    3.3.1 台阶体型的确定及布置  39-41
    3.3.2 试验结果及分析  41-47
    3.3.3 方案三小结  47-48
  3.4 陡坡阶梯消能试验结论  48-51
    3.4.1 流态  48
    3.4.2 流速  48
    3.4.3 下泄流量(单宽流量)、台阶尺寸与消能率的关系  48-49
    3.4.4 旋滚起始位置、充分掺气位置与台阶尺寸和单宽流量间的关系  49-50
    3.4.5 阶梯溢流面上水流的空化特性  50-51
  3.5 本章小结  51-52
4 陡坡段后底流消能工试验研究  52-67
  4.1 底流消能方案一  52-59
    4.1.1 消力池体型  52-53
    4.1.2 试验结果及分析  53-59
  4.2 底流消能方案二  59-65
    4.2.1 消力池体型  59-60
    4.2.2 试验结果及分析  60-65
  4.3 本章小结  65-67
5 结论  67-69
参考文献  69-73
致谢  73-74
附录  74

长陡坡无压隧洞洞内阶梯消能试验研究

内容摘要

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