交错式挡坎辅助闸下底流消能的效果研究

发布时间：2020-07-09 13:38

【摘要】：我国北方平原地区,在河渠上修建了大量拦河闸(节制闸)和蓄排兼用水闸,除了行洪、排水期间,大部分多孔水闸经常出现少数孔小开度开启运用的情况,导致主流在闸后扩散不充分,水流流态复杂,出现二次水跃,冲刷下游河(渠)道,从而威胁到水利工程的运行安全。实际工程中,消能工往往工程量较大,费用较高,鉴于此,拟在闸后消力池设置一种体型较小且造价经济的新型辅助消能工——交错式挡坎,它通过反击作用消能并将主流分散成多股水流,在坎前形成强迫水跃,达到减小水跃长度、增大能量损失的目的;同时,水流流经挡水坎时与其表面相互摩擦,在坎后产生漩滚,从而消除多余能量,达到增强消能效果的目的。通过物理模型试验研究与数值模拟相结合的方法,初步研究了交错式挡坎对多孔水闸局部孔开启情况下的水流特性的影响,主要研究内容和成果如下:(1)分析了多孔水闸在部分孔局部开启情况下的水流流态及对下游河床造成的危害,讨论了闸下底流消能中的非标准水跃问题及其控制措施。(2)提出交错式挡坎的设计思路,通过查阅文献及相关书籍,确定了坎高、坎长、布置位置、排间距和净宽等五个因素为交错式挡水坎的主要设计参数。基于均匀设计的方法制定了10种不同形式的布置方案。(3)利用CFD流体力学软件建立了RNG k-ε三维紊流模型,在多孔水闸少数孔局部开启的工况下,分别对10种布设不同形式的交错式挡坎的水闸模型进行三维数值模拟,得到了流场分布。根据对流态的观察,发现方案3消能效果优于其它方案。随后对该方案挡坎布置进行改进,三维数值模拟结果表明改进后的方案进一步增强了消能效果。(4)与0.5倍导流墙和60°潜没式三角翼的方案进行比较。与不设置辅助消能工的初始方案相比,0.5倍导流墙、60°潜没式三角翼和交错式挡坎在流量方面影响较小;在流速方面,表层流速分别增加了4.55%,降低了1.52%,降低了25.76%,底层流速分别降低了1.72%,增加了3.45%,降低了20.69%;在出池急流段长度和宽度方面,长度分别增加了3.51%,增加了0.49%,降低了16.04%,宽度分别降低了13.19%,增加了0.69%,降低了6.67%;在水深方面,一次水跃水深分别增加了11.83%,降低了3.79%,降低了1.97%,二次水跃水深分别降低了77.67%,增加了1.28%,降低了9.90%;在流量方面,分别增加了0.009%,降低了0.009%,降低了0.502%,综合而言,交错式挡坎方案都优于另外两种方案。
【学位授予单位】：河北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV135.2
【图文】：

技术路线图

图 2-1 交错式挡坎雏形及简化后平面布置图Figure 2-1 Embedding and simplified layout of the staggered retaining dam图 2-2 交错式挡坎横剖面图及纵剖面图Figure 2-2 Cross-sectional view and longitudinal section of the staggered retaining dam查阅文献及相关书籍，整理分析相关研究成果，初步确定交错式挡：长 l：即与闸门平行方向的挡坎的长度；置 s：即第一排挡坎与闸门出口处的直线距离；间距 a:即两排或者多排挡坎间的直线距离；高 h:即挡坎的高度，其中，消力池斜坡段的坎高垂直于斜坡所在的段的坎高垂直于水平面；宽 n:即每排挡坎中相邻两个挡坎之间的直线距离。查阅文献及相关书籍，整理分析相关研究成果，初步确定交错式挡：

图 2-2 交错式挡坎横剖面图及纵剖面图s-sectional view and longitudinal section of the stagge关书籍，整理分析相关研究成果，初步平行方向的挡坎的长度；排挡坎与闸门出口处的直线距离；或者多排挡坎间的直线距离；高度，其中，消力池斜坡段的坎高垂直于水平面；坎中相邻两个挡坎之间的直线距离。关书籍，整理分析相关研究成果，初步5/10）b；

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本文编号：2747532