水垫塘水流结构相互作用下气体迁移扩散特性研究

发布时间：2017-07-05 04:22

  本文关键词：水垫塘水流结构相互作用下气体迁移扩散特性研究

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【摘要】：目前,我国水利水电工程泄洪消能工的设计思想仍然追求以消能率高、消能工自身安全和对下游河床地形地质破坏不严重为主要设计目标。特别是随着社会环保意识的提高,大坝下游泄洪消能不仅仅是消能和建筑物安全问题,而是提出更高的生态和环保要求,解决下泄流量功率大、流速高所带来的水力学与水环境问题是我国水利水电可持续开发的关键技术之一。在流域开发中已建、在建和待建的水利水电工程高坝、超高坝较多,超高坝比重较大,其泄洪消能所造成的下游河流水体总溶解气体超饱和对生态影响的问题是水资源开发与水生态环境可持续发展的关键问题之一。从水库泄洪运行结合工程自身消能方式及其组合所形成的下泄水流流动结构造成的总溶解气体研究制定水库泄洪运行策略,从而降低下游水体总溶解气体的浓度,保护河流水生态和水环境,对已建、在建水利水电工程降低泄洪消能造成的总溶解气体超饱和问题制定运行控制策略迫在眉睫。这就需要对不同水流流体结构下气体迁移、扩散与释放机理和不同水流流体结构下气体的运动机理开展研究,从而为开展不同消能方式及其组合泄洪在保证建筑物自身安全的前提下降低下游水体溶解气体浓度的控制策略研究奠定基础。而水垫塘属于高坝下游常用消能设施,研究水垫塘水流结构下气体迁移扩散特性具有重大的现实意义和应用前景。本文通过水力模型试验,对水垫塘内水流进行分区,研究各水流结构区在不同入塘流量、深度、泄槽出射角度的条件下,流速及时均压强的分布规律、水垫塘各水流结构掺气浓度的分布和气体的迁移扩散沿程释放的规律。具体研究方法如下：(1)观测水垫塘内流态,对塘内水流进行结构分区；(2)对水垫塘内各水流结构区流速、底板时均压强进行量测,得出各水流结构区的流速分布时均压强分布规律；(3)研究入塘流量、深度、泄槽出射角度对水垫塘内各水流结构区掺气浓度的影响,具体操作方法是：改变入塘流量、深度、泄槽出射角度任一水力条件,量测水垫塘各水流结构区掺气浓度值,得出掺气浓度分布规律。
【关键词】：水垫塘 流速 时均压强 掺气浓度 入塘流量 深度 泄槽出射角度
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV653
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 引言11-16
• 1.1.1 水垫塘概述12
• 1.1.2 水垫塘消能型式12-15
• 1.1.3 水垫塘底板的形式15-16
• 1.2 国内外掺气水流的研究现状16-17
• 1.3 水垫塘水流结构掺气水流的研究意义17-18
• 1.4 本文主要研究内容及研究方法18-19
• 1.5 本章小结19-21
• 第二章 水垫塘模型试验简介21-27
• 2.1 试验模型制作21-23
• 2.2 测点布置23-25
• 2.3 试验工况拟定25
• 2.4 本章小结25-27
• 第三章 掺气理论27-37
• 3.1 掺气水流有关的基本理论27-31
• 3.1.1 紊流(湍流)理论27
• 3.1.2 紊动射流水力特性27-31
• 3.3 掺气水流的概念及分类31-32
• 3.4 水流掺气的原因32
• 3.5 跌落水流的掺气32-34
• 3.6 掺气浓度34-35
• 3.7 本章小结35-37
• 第四章 水垫塘水流结构水力特性37-53
• 4.1 水垫塘内水流流态特征37-38
• 4.2 水垫塘水流结构分区的确定38-41
• 4.3 水垫塘消能机理41
• 4.4 塘内各结构区流速特性41-50
• 4.4.1 淹没射流区流速分布42-45
• 4.4.2 下旋滚区流速分布45-47
• 4.4.3 冲击区流速分布47-48
• 4.4.4 壁射流区流速分布48-50
• 4.5 水垫塘底板时均动水压强分析50-52
• 4.6 本章小结52-53
• 第五章 水垫塘各水流结构区掺气浓度变化规律53-83
• 5.1 引言53-54
• 5.2 淹没射流区掺气浓度变化规律54-57
• 5.3 淹没射流区与下旋滚区水流掺气浓度变化规律57-62
• 5.3.1 改变入塘流量淹没射流区与下旋滚区掺气浓度变化规律57-59
• 5.3.2 改变深度淹没射流区与下旋滚区掺气浓度变化规律59-61
• 5.3.3 改变泄槽出射角度淹没射流区与下旋滚区掺气浓度变化规律61-62
• 5.4 淹没射流区与冲击区水流掺气浓度变化规律62-65
• 5.4.1 改变入塘流量淹没射流区与冲击区掺气浓度变化规律62-63
• 5.4.2 改变深度淹没射流区与冲击区掺气浓度作用规律63-65
• 5.4.3 改变泄槽出射角度淹没射流区与冲击区掺气浓度变化规律65
• 5.5 淹没射流区与左右旋滚区水流掺气浓度变化规律65-67
• 5.6 淹没射流区与上旋滚区水流掺气浓度作用规律67-71
• 5.6.1 改变入塘流量淹没射流区与上旋滚区掺气浓度变化规律68-69
• 5.6.2 改变深度淹没射流区与上旋滚区掺气浓度变化规律69-70
• 5.6.3 改变泄槽出射角度淹没射流区与上旋滚区掺气浓度变化规律70-71
• 5.7 淹没射流区与壁射流区水流掺气浓度分布规律71-74
• 5.7.1 不同入塘流量淹没射流区与壁射流区掺气浓度变化规律71-73
• 5.7.2 不同深度淹没射流区与壁射流区掺气浓度变化规律73
• 5.7.3 不同泄槽出射角度淹没射流区与壁射流区掺气浓度变化规律73-74
• 5.8 壁射流区与上旋滚区水流掺气浓度变化规律74-77
• 5.8.1 改变入塘流量壁射流区与上旋滚区掺气浓度变化规律75
• 5.8.2 改变深度壁射流区与上旋滚区掺气浓度变化75-76
• 5.8.3 改变泄槽出射角度壁射流区与上旋滚区掺气浓度变化规律76-77
• 5.9 水垫塘水流整体掺气浓度分布规律77-80
• 5.9.1 水垫塘沿程水流掺气浓度变化77-79
• 5.9.2 水垫塘横向掺气浓度变化规律79-80
• 5.10 水垫塘各水流结构水流气体迁移扩散机理80-81
• 5.11 本章小结81-83
• 第六章 结论与展望83-87
• 6.1 结论83-84
• 6.2 展望84-87
• 致谢87-89
• 附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文及参与的项目89-91
• 发表的论文89
• 参与的科研项目89-91
• 参考文献91-94

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本文编号：520530