高含沙急变水流的荷载特性试验研究

发布时间：2020-07-01 23:27

【摘要】：我国多高含沙河流,水流含沙量上升后,由于存在大量以粘性泥沙颗粒为骨架的絮网结构,其物理特性、运动特性以及输沙特性等均不再符合牛顿流体运动学规律,而逐渐转变为高含沙水流。关于高含沙水流荷载特性的室内模型试验前人已做过许多,但大部分为高含沙渐变水流试验,因此本文进行的高含沙急变水流试验具有十分重要的工程意义。本文以高含沙急变水流为研究对象,通过调整水流含沙量以及上游来流条件,观察流态并分析时均压强、脉动压强等荷载特性。主要研究成果及结论如下:(1)研究了孔板高含沙急变水流时均压强的沿程分布规律。试验结果表明:其分布规律与清水相同,在孔板前和远离孔板处较为平稳,在孔板处取得时均压强负压最大值;试验范围内幅值大小随含沙量的增加而增加,最大增幅可达170.10%。(2)研究了孔板高含沙急变水流脉动压强的沿程分布规律。试验结果表明:其分布规律与清水相同,在孔板前和远离孔板处较为平稳,在孔板后0.5D处取得脉动压强最大值;幅值大小受上游来流条件和含沙量的双重影响,在上游来流条件较强时,试验范围内脉动压强随含沙量的增加而持续增加,最大增幅可达28.35%,在上游来流条件较弱时,脉动压强随含沙量的增加而先增加后减小。(3)研究了高含沙挑跌流的流态特性。试验结果表明:含沙量的变化对水舌空中流态及水垫塘流态均有较大影响,水舌外缘随含沙量的增加而逐渐趋于光滑,水舌整体摆动幅度也逐渐减小,水垫塘内形成的漩涡的数量和尺度均减小。(4)研究了高含沙挑跌流时均压强的沿程分布规律。试验结果表明:其分布规律与清水相同,在远离水舌冲击区较为平稳,在水舌冲击区取得最大值;试验范围内幅值大小随含沙量的增加而增加,表孔最大增幅可达74.14%,中孔最大增幅可达44.27%。(5)研究了高含沙挑跌流脉动压强的沿程分布规律。试验结果表明:其分布规律与清水相同,在远离水舌冲击区较为平稳,在水舌冲击区取得最大值;其幅值大小受上游来流条件和含沙量的双重影响,在上游来流条件较强时,试验范围内脉动压强随含沙量的增加而增加,在上游来流条件较弱时,脉动压强随含沙量的增加而先增加后减小。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TV149
【图文】：

淹没冲击射流,射流中心,冲击射流,断面平均流速

图 2-1 淹没冲击射流冲击射流扩散宽度 2b、射流中心流速、断面平宽度 2b[67]通过实验研究证明跌流水舌在水垫塘内的扩散仍（2-2）所示： 0= 0通过在实验室的二元水槽中实验得到了类似的扩散 0= 0散规律也符合直线扩散规律，如公式（2-4）所示： 0 = 069] = 为扩散边界，总结得出扩散规律，如

均匀分布,脉动压强,谱密度,类型

第 2 章荷载特性的理论及研究方法水流脉动压强的功率谱密度基本可以分为以下四种类型，如图 2-3 所示：（1）有限带宽的近似白噪声谱—脉动压强的能量在有限带宽内近乎均匀分布。（2）宽带噪声谱—频带宽，脉动能量在频带内分布比较均匀，没有十分突出的能量集中区。（3）具有优势频率的宽带噪声谱—频带较宽，脉动能量在整个频带内分布较均匀，但有明显、突出的能量集中区。（4）窄带噪声谱—频带较窄或脉动能量特别集中在一个或几个狭窄的频区，谱密度在这些狭窄频区上有突出的峰值。

【参考文献】