台阶式溢洪道相对水力参数规律研究

发布时间：2018-03-03 14:11

本文选题：水力学　切入点：台阶式溢洪道　出处：《西北农林科技大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：台阶式溢洪道是水利工程中常用的泄洪消能体型,众多工程实例表明,台阶式溢洪道相比光滑溢洪道,能够克服空化空蚀等不良水力现象,具有消能率高和施工方便等突出优点。目前台阶式溢洪道水流规律是研究的热点问题,普遍采用的研究方法是直接对台阶式溢洪道水力参数进行分析,并未得出便于应用的结论;相对水力参数是我校提出并加以推广的一种新的研究思路:将台阶式溢洪道和对应光滑溢洪道进行对比研究,定义相对水力参数,在光滑溢洪道基础上探讨台阶式溢洪道水流规律。定义台阶式溢洪道消能率和对应光滑溢洪道消能率之差为相对消能率;光滑溢洪道弗劳德数和对应台阶式溢洪道弗劳德数之差为相对弗劳德数;台阶式溢洪道消能水头和对应光滑溢洪道消能水头之差为相对消能水头;光滑溢洪道流速和对应台阶式溢洪道流速之差为相对流速。结合26.57°、32.01°、33.69°、38.66°、51.3°五组不同坡度,1.43cm~6.67cm不同台阶高度,21组台阶式溢洪道模型试验,系统研究了流程长度、单宽流量、台阶高度、坡度与相对流速、相对弗劳德数、相对消能率、相对消能水头之间的关系。结果表明存在良好规律,具体表现在以下几个方面:(1)在非均匀流段相对流速沿程直线分布,直线斜率随单宽流量增大而减小,随台阶高度、坡度增大而增加。线性相关好。(2)在非均匀流段相对弗劳德数沿程直线分布,直线斜率随单宽流量减小而增大,随台阶高度增加而增加,随坡度增加而增加。线性相关系数高。(3)在非均匀流段相对消能率沿程直线分布,直线斜率随单宽流量、台阶高度改变几乎没有改变,随坡度的增加直线斜率先变大后减小。线性相关性很强。(4)相对消能水头和相对消能率表现出同样的规律。本文进一步研究,探讨了相对流速、相对弗劳德数、相对消能率、相对消能水头在不同流程长度、单宽流量、台阶高度、坡度下的相互对应关系。结果表明上述线性规律仍存在,具体表现为:(1)相对流速和相对弗劳德数沿程线性相关,线性相关系数很大,经过理论推导验证了该直线关系存在的必然性。(2)相对弗劳德数和相对消能率沿程为直线关系,线性相关性强。(3)相对流速和相对消能率沿程直线关系,线性相关性好。直线关系的存在为计算台阶式溢洪道水力参数提供了依据。求解出明显掺气点位置处断面平均水深和断面平均流速,在光滑溢洪道计算基础上计算出该位置处相对水力参数。依据相对水力参数的直线规律特性,求解出对应直线函数,再次结合光滑溢洪道计算结果求解出台阶式溢洪道阶顶过流断面位置处对应的水力参数,比如消能率、水深、消能水头等。本文创新之处在于:(1)系统地对台阶式溢洪道相对流速、相对弗劳德数、相对消能率、相对消能水头沿程规律进行研究,得出规律明显:非均匀流段相对水力参数沿程直线分布,线性相关性好,线性相关性高。(2)在整个流程段,对相对流速、相对弗劳德数、相对消能率、相对消能水头互相对应关系进行系统研究,两两对应为直线关系,线性相关系数高。线性相关性更好。(3)本文研究成果适用范围广,台阶坡度26.57°~51.3°下规律均表现良好。(4)运用该水流规律计算台阶式溢洪道沿程水力参数,无需引入经验公式,也克服了数值模拟过于专业化的要求,便于工程应用。以计算台阶式溢洪道阶顶断面水深为例,计算精度最大误差很小,可以满足工程需求。
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【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV651.1;TV135.2

【参考文献】