陡坡明渠全断面掺气减蚀设施水力特性研究

发布时间：2017-04-17 12:24

  本文关键词：陡坡明渠全断面掺气减蚀设施水力特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：经济社会的高速发展需要以能源作为物质基础,而水能资源是目前开发技术最成熟、开发规模最大的清洁能源。我国水力资源丰富,水能的开发利用还有很大的潜力,随着科学技术的进步,特别是筑坝技术的提高,高坝水利工程不断涌现,随之而来的高速水流引发的空蚀空化破坏也日益严重。减免空蚀破坏,最经济、最简单的方法是在过流边壁上设置掺气设施对水流进行强迫掺气,使得水体保持一定的掺气浓度从而达到减蚀或免蚀的目的。本文通过陡槽水力学模型试验,采用控制变量的研究方法,通过改变掺气设施的类别及体型、来流流量等得到不同的试验工况。在不同工况下主要研究了强迫掺气设施后水流的掺气浓度、掺气空腔长度、掺气保护长度、流速、水流流态等方面的特性。本文共五章。第一章着重论述空化空蚀的概念,空蚀破坏的机理、减免空蚀破坏的措施,掺气水流的类型、水流掺气的原因,掺气减蚀设施的基本体型的类型。第二章在设置底坎掺气设施的基础上对水流的掺气浓度、底空腔长度、掺气保护长度、空腔回水进行了研究与讨论。第三章在设置侧墙掺气设施的基础上对水流的掺气特性进行分析与研究。第四章将联合掺气水流的特性与底坎掺气和侧墙掺气进行对比。第五章主要阐述本文试验研究得到的研究成果与结论。通过试验研究结合理论分析,得到了以下研究成果和结论。当单独设置底坎掺气设施或侧墙掺气设施且掺气设施的体型是底侧联合掺气设施体型的一部分时,三种掺气设施的掺气浓度沿程分布规律基本一致：即先急剧增大,然后缓慢增大达到峰值,之后迅速跌落,最后缓慢衰减达到稳定值。在试验范围内,当其他影响因素保持不变时,掺气浓度随着流量的增大而减小；随着掺气坎坡比的增大而增大；随掺气坎坎高的增大而增大。在试验范围内,空腔长度都随流量的增大而减小,随掺气坎坡比的增大而增大。当底、侧空腔同时存在时,底空腔和侧空腔都要受到侧墙掺气坎或底掺气坎的影响。在保持挑坎高度不变的情况下,掺气保护长度随着流量的增大而减小；随着挑坎坡比的增大而增大。底侧联合掺气的有效掺气保护长度要比单一掺气设施的有效掺气保护长度要更大,对下游的掺气保护效果更好。研究成果可为优化掺气设施体型、布置掺气设施方式提供试验依据。
【关键词】：掺气设施 掺气减蚀 水工模型试验 掺气浓度 掺气空腔长度
【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
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-32
• 1.1 引言12
• 1.2 研究背景12-14
• 1.3 空化与空蚀14-20
• 1.3.1 空化概述14-15
• 1.3.2 空化的影响15
• 1.3.3 空化数与最小压力系数15-16
• 1.3.4 空化的分类与类型16
• 1.3.5 空蚀概述16-17
• 1.3.6 空蚀破坏机理17
• 1.3.7 空蚀试验方法与空蚀破坏程度的度量方法17-18
• 1.3.8 空蚀破坏的原因以及空蚀破坏常见的部位18-19
• 1.3.9 减免空蚀破坏的措施19-20
• 1.4 掺气水流20-23
• 1.4.1 掺气水流的概念及类型20-21
• 1.4.2 掺气水流的掺气浓度21-22
• 1.4.3 掺气水流对工程结构的影响22
• 1.4.4 水流掺气的原因22-23
• 1.5 掺气减蚀23-26
• 1.5.1 概述23-24
• 1.5.2 掺气减蚀原理24-25
• 1.5.3 掺气减蚀的水力设计原则25
• 1.5.4 掺气减蚀的研究方法25-26
• 1.6 掺气减蚀设施26-31
• 1.6.1 概述26
• 1.6.2 掺气减蚀设施的基本体型26-29
• 1.6.3 掺气减蚀设施的尺寸29
• 1.6.4 掺气减蚀设施的通气方式及设置的位置29-30
• 1.6.5 掺气减蚀设施设计时考虑的因素与要求30
• 1.6.6 掺气减蚀设施的水力参数30-31
• 1.7 论文课题来源与研究内容31
• 1.8 本章小结31-32
• 第二章 底坎掺气水力特性研究32-62
• 2.1 试验装置32-33
• 2.2 试验设计33-37
• 2.2.1 掺气设施体型设计33-35
• 2.2.2 掺气设施及测点布置方式35-36
• 2.2.3 通气孔面积设计36-37
• 2.2.4 来流流量的设计37
• 2.3 试验工况37-38
• 2.4 试验测量参数及测量设备38-39
• 2.5 试验方法及步骤39
• 2.6 掺气浓度分布研究39-47
• 2.6.1 掺气浓度沿程分布规律41-43
• 2.6.2 掺气浓度纵向分布规律43-45
• 2.6.3 掺气浓度沿水流横断面的分布规律45-47
• 2.7 掺气浓度的影响因素研究47-53
• 2.7.1 来流流量对掺气浓度的影响47-49
• 2.7.2 底挑坎坡比对掺气浓度的影响49-51
• 2.7.3 底挑坎高度对掺气浓度的影响51-53
• 2.8 底空腔特性研究53-58
• 2.8.1 底空腔长度53
• 2.8.2 计算底空腔长度的公式53-55
• 2.8.3 底空腔长度随流量、底坎坡比的变化规律55-57
• 2.8.4 底空腔长度随底坎高度的变化规律57-58
• 2.9 空腔回水58-59
• 2.10 本章小结59-62
• 第三章 侧墙掺气水力特性研究62-80
• 3.1 概述62
• 3.2 试验设计62-63
• 3.3 掺气浓度试验结果及分析63-71
• 3.3.1 掺气浓度沿程分布研究63-65
• 3.3.2 掺气浓度纵向分布规律研究65-67
• 3.3.3 掺气浓度沿水流横断面分布规律研究67-69
• 3.3.4 来流流量对掺气浓度的影响69-71
• 3.3.5 侧挑坎坡比对掺气浓度的影响71
• 3.4 侧空腔特性研究71-75
• 3.4.1 侧空腔长度的计算公式71-73
• 3.4.2 侧空腔长度的影响因素73-75
• 3.5 掺气保护长度研究75-78
• 3.5.1 掺气保护长度与气临界免蚀掺气浓度75-76
• 3.5.2 掺气保护长度计算公式76
• 3.5.3 掺气保护长度的试验结果及分析76-78
• 3.6 本章小结78-80
• 第四章 侧墙和底坎联合掺气与底坎及侧墙掺气特性对比80-90
• 4.1 概述80
• 4.2 试验设计80-81
• 4.3 试验研究结果及对比81-88
• 4.3.1 沿程掺气浓度对比81-84
• 4.3.2 底坎掺气底空腔长度与联合掺气空腔长度对比84-85
• 4.3.3 侧墙掺气侧空腔长度与联合掺气侧空腔长度对比85-86
• 4.3.4 联合掺气底空腔长度和侧空腔长度与水流流态关系86-87
• 4.3.5 掺气保护长度对比87-88
• 4.4 本章小结88-90
• 第五章 结论与展望90-94
• 5.1 结论90-92
• 5.2 展望92-94
• 参考文献94-98
• 致谢98-99
• 附录99

【参考文献】

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本文编号：313217