跌坎型底流消能工冲击区水力荷载计算与抗冲磨研究

发布时间：2017-09-17 18:18

  本文关键词：跌坎型底流消能工冲击区水力荷载计算与抗冲磨研究

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【摘要】：在大坝枢纽布置中,消能建筑物的布置尤为重要,由水头高和单宽流量大而产生的泄洪消能问题十分突出。传统消能工,无法保证泄洪的消能安全问题,不能兼顾优良的消能效果以及对生态环境安全的影响,在此基础上,研究应用于水头高、单款流量大的跌坎型底流消能工。跌坎型底流消能工是在消力池的进口处,将消力池底板向下开挖形成跌坎,在纵剖面上形成一定垂直深度的跌坎型底流消力池。因为存在跌坎,水流流入消力池水体后,形成淹没射流流态,使主流上下构成漩涡和强剪切形式的紊动,从而达到消能效果,将高速主流引离消力池底板,降低水力学指标如消力池的临底流速与时均动水压强等,能够解决传统底流消能工引起的临底流速和时均动水压强过大,难以使底板的抗冲特性发挥有效作用。跌坎型底流消能工具有消能效率高、入池流态稳定、泄洪雾化小等优点,能够有效地扩大底流消能工的工程应用范围。本文基于国家自然科学基金《跌坎型底流消能工水流流动结构水力特性研究》(项目编号：51169008)而立题,以水工模型试验研究为基础,结合理论分析,对跌坎型底流消能工不同水流结构水力特性进行了试验研究。本文的主要研究成果及结论如下：基于水工模型试验成果,研究底流淹没射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；研究坎后漩涡漩涡区水力特性以及运动变化规律,在跌坎型底流消能工消力池内水流流态分区的基础上,根据自由紊动射流理论,得出不同入射角度下冲击区时均动水压强半经验公式。利用冲击区底板时均动水压强分布图,在角度和流量不变的工况下,跌坎的变化对底板时均动水压强的影响,以及角度跌坎不变的工况下,流量的变化对底板时均动水压强的影响,显示出冲击区最易遭受冲磨与破坏的区域。以某水库工程为例,由实测数据推求经验公式相关参数,验证经验公式的可行性,进一步结合临底流速求出消力池底板混凝土抗冲磨强度分布图,对底板分区,为合理确定消力池底板混凝土强度等级提供参考。
【关键词】：跌坎型底流消能工 水力学试验 坎后漩涡 时均动水压强 抗冲磨强度
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV135.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 引言10-12
• 1.2 常规消能工介绍12-18
• 1.2.1 底流消能工12-16
• 1.2.2 挑流消能工16-17
• 1.2.3 面流和面戽流消能工17-18
• 1.3 跌坎型底流消能工的提出18-20
• 1.4 紊流与磨蚀研究综述20-22
• 1.4.1 清水紊流20
• 1.4.2 含沙水流20-21
• 1.4.3 磨蚀研究21-22
• 1.5 本文研究的主要内容22
• 1.6 本章小结22-24
• 第二章 水力特性分析及试验简介24-40
• 2.1 引言24
• 2.2 模型试验简介24-28
• 2.2.1 试验研究的目的和内容24-25
• 2.2.2 模型制作与布置25-26
• 2.2.3 实验数据测量与测点布置26-28
• 2.2.4 试验工况28
• 2.3 跌坎型底流消能工水流结构研究28-39
• 2.3.1 跌坎型底流消能工消能机理28-29
• 2.3.2 紊动射流特性29-32
• 2.3.3 附壁射流特性32-34
• 2.3.4 冲击区时均最大压力研究34-37
• 2.3.5 主流沿程消能率的估算37-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第三章 坎后漩涡区特性理论与试验研究40-60
• 3.1 试验条件40-41
• 3.2 漩涡运动区域分析41-43
• 3.3 水力特性分析43-48
• 3.3.1 Kirchhoff椭圆涡流动函数推求43-46
• 3.3.2 漩涡流速特性46-47
• 3.3.3 压力分布47-48
• 3.4 坎后漩涡试验分析48-58
• 3.4.1 坎后漩涡涡型和流线分析48-51
• 3.4.2 坎后漩涡涡心位置51-52
• 3.4.3 漩涡流速特性52-55
• 3.4.4 压力分布55-58
• 3.5 本章小结58-60
• 第四章 冲击区时均动水压强分布与抗冲磨强度确定60-78
• 4.1 冲击区时均动水压强分布61-69
• 4.1.1 射流扩散角θ_2和射流扩散系数σ61-62
• 4.1.2 再附长度试验与计算62
• 4.1.3 冲击长度试验与计算62-63
• 4.1.4 冲击区压强分布63-69
• 4.2 冲磨破坏69-73
• 4.2.1 基本概念及破坏机理69-70
• 4.2.2 冲磨破坏分类70
• 4.2.3 空蚀破坏与冲磨破坏相互作用70-71
• 4.2.4 消力池内底板冲磨破坏分析71-72
• 4.2.5 抗冲磨材料设计72-73
• 4.3 冲击区底板时均动水压强与混凝土抗冲磨强度关系73-77
• 4.3.1 工程概况73
• 4.3.2 底板冲击区分区73-77
• 4.4 本章小结77-78
• 第五章 结论78-80
• 5.1 主要工作78
• 5.2 主要结论及成果78-79
• 5.3 下一步研究的问题79-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-85
• 附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文及参与的项目85

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 张强;杨红宣;郑雪;王海军;;基于射流理论的跌坎型底流消能工水力特性分析[A];水力学与水利信息学进展 2009[C];2009年

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本文编号：870963