船闸输水系统错孔相向射流流动特性研究

发布时间：2021-09-30 22:41

　　错孔相向射流作为船闸输水系统中最基本的流动现象,其流动特性是闸室内众多水力现象形成的内在本质原因,亦是船舶停泊条件的微观体现,直接反映输水系统水力性能的优劣。深入系统地开展错孔相向射流流动特性的基础性研究,不仅对认识错孔相向射流流动结构、揭示射流间相互作用机制有着重要的理论意义,而且对简化输水系统布置、提高输水效率和增加通过能力也具有重要的工程实践意义。本文以国家自然科学基金项目“船闸输水系统多孔相向紊动射流流动结构及消能机理研究”（基金编号:51509027）为背景,基于自主研发的错孔相向射流实验系统,利用二维粒子图像测速技术（PIV）,并结合理论分析,对有限空间中单孔射流和错孔相向射流流动特性进行了较为系统的研究。取得的主要研究成果如下:（1）基于最大速度衰减变化规律,研究发现在有限空间中单孔射流流场中存在3个明显不同的衰减区,划分为自由边界下三维壁面射流区、垂直挡板影响区和近壁区。实验结果表明在垂直挡板影响区内,各速度剖面分布具有较高的相似性。在此基础之上,基于自相似理论,采用积分方法和量纲分析方法,导出了垂直挡板影响区内速度半宽值和最大速度衰减的公式。同时,根据垂直挡板影响区内... 

【文章来源】：重庆交通大学重庆市

【文章页数】：169 页

【学位级别】：博士

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闸墙长廊道侧支孔型

蹋?捅匦朐黾又Э资?俊⒏谋渲Э卓砀弑然蚣渚嗟龋?哟蠊嘈顾?的流量和流量增率，而流量和流量增率越大，过闸船舶的停泊条件就越差。同时，由于船舶停泊条件主要取决于船闸灌泄水时水流对船舶作用力的大小，为保证船闸停泊安全，往往需要延长输水时间，或者采用更复杂的输水型式，通过消能设施消耗尽可能多的水流的剩余能量，使闸室内水面平稳、流速分布均匀，造价费用亦相应增加。如何有效地解决上述矛盾，一直是船闸水力学的难点技术难题，其关键在于了解和认识输水系统运行时闸室内的水流结构。图1.1闸墙长廊道侧支孔型图1.2闸底长廊道短支管型大量的原型观测和水工物理模型实验表明，错孔相向射流普遍存在于各类船闸输水型式中，是最基本也是最重要的流动现象，如闸墙长廊道侧支孔输水系统（图1.1）、闸底长廊道短支管输水系统（图1.2）、闸底长廊道侧支孔输水系统等。例如闸墙长廊道侧支孔输水系统，目前美国50%以上的船闸均采用这种输水型式[5]。在国内，第一座采用该输水系统的船闸为1989年建成的广西西江桂平一线船闸，后又接连建成20多座船闸，如松花江大顶子山船闸、右江那吉船闸、汉江崔家营船闸等，见图1.3。这些输水系统将纵向主廊道布置在两侧闸墙内或闸室底部，使用一排或多排错位布置的短支孔（管）将廊道与闸室相连，构成水流进出闸室的通道。与集中输水系统相比，水流均匀分散地进入闸室范围，具有较好的输水性能，虽然闸墙内部的工程量有所增加，但因其可不设镇静段而缩短了闸室长度，所以船闸整体的工程量并未出现明显增长。较之其他分散输水系统而言，结构简单，水下开挖量较少，施工难度低，工程投资校针对这类输水型式，闸室完成一次灌水需经历三个过程：第一，开启上游输水阀门，库区水流经主廊道流入沿程各侧向支孔；第

第一章绪论3现三维壁面射流特征；第三，多股射流之间存在极其复杂的相互作用，各大小流团碰撞激烈，同时与周围水体发生卷吸、掺混、分离等现象，耗散能量。船闸输水系统错孔相向射流流动示意如图1.4所示。(a)西江桂平一线船闸(b)松花江大顶子山船闸(c)右江那吉船闸(d)汉江崔家营船闸图1.3国内部分采用闸墙长廊道侧支孔输水系统的船闸工程图1.4船闸输水系统错孔相向射流流动示意综合上述分析可知，船闸侧支孔射流与闸室内流体均为同种流体，密度差为零，输水纵向主廊道Q总Q1Q2Q3Q4Q5侧支孔Q总Q1Q2Q3Q4Q5输水纵向主廊道侧支孔错孔相向射流错孔相向射流


本文编号：3416769