台阶式溢洪道水流比能特性的研究

发布时间：2017-11-08 07:26

  本文关键词：台阶式溢洪道水流比能特性的研究

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【摘要】：台阶式溢洪道既是泄水建筑物又是消能工,大量的应用于实际工程中,其水力特性一直是众多学者的研究重点。目前的研究多为台阶压强、掺气、消能等水力特性,其中消能效果是工程应用关注的重点之一,消能率是反应消能效果的无因次参数,体现的是能量损耗的相对比例。本文从另一个角度出发,对不同体型台阶溢洪道水流比能进行试验研究,分析了沿程断面比能与单宽流量、台阶尺寸、坡度等相关因素的关系,结果表明存在良好规律,基于台阶水流比能规律提出了新的消能率和水面线计算方法。具体表现在以下几个方面:(1)断面比能是重要的水力参数。为了研究台阶式溢洪道上水流比能特性,对坡角38.7°、台阶高度0.5m~2.0m的台阶溢洪道进行模型试验,试验结果表明:与光滑溢洪道相比,台阶溢洪道上总水头沿程急剧降低;滑行流态条件下,水流比能表现为沿程先增大后达到稳定值的规律。水流比能与总水头相互依赖,坡度一定情况下,比能稳定值越小说明台阶溢洪道的消能效果越好。通过无量纲分析得出稳定比能与相关影响因子的两个无因次参数,结合30.0°~63.4°五种坡度的试验数据对两个无因次参数回归分析,表现出良好的幂函数规律,相关系数为0.9949~0.9972。同时得出计算稳定比能和台阶溢洪道消能率的经验公式,为相关设计提供参考。(2)台阶溢洪道是由常规光滑溢洪道发展而来,将台阶溢洪道与光滑溢洪道的断面比能进行对比分析,引入台阶相对比能的概念,准确反映台阶溢洪道与光滑溢洪道水头损失之间的差别。通过26.6°~48.0°坡角、0.5m~2.0m台阶高度的21组模型试验,分析了台阶溢洪道比能及相对比能与流程长度、单宽流量、台阶高度、坡度之间的关系。台阶溢洪道水流比能与这些参数关系比较复杂,不便分析应用,而台阶溢洪道相对比能与流程长度呈良好的线性关系而且斜率与单宽流量无关,与台阶高度、坡度呈递增关系,便于分析应用,试验资料证实了引入台阶溢洪道相对比能的必要性。提出计算台阶溢洪道水头损失的经验公式,为相关设计提供参考。(3)基于台阶式溢洪道水流比能特性的研究成果,提出了新的计算消能率的经验公式和水面线计算方法。总结目前各学者研究的消能率计算公式,采用各公式对三种不同坡度台阶溢洪道消能率进行计算,分析评价了各公式的适用条件,本文公式计算精度高。基于相对比能与流程长度的线性关系,联合光滑溢洪道水面线计算方法,计算台阶溢洪道沿程水面线,计算结果与试验值吻合。
【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】：2016
【分类号】：TV135.2

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本文编号：1156177