新型柔性导流坝下游断面水流分布特性试验
发布时间：2021-03-23 03:07
为了给水生植被修复工程提供一种潜在的解决方案,文章通过物理模型试验研究了一种主坝与支坝相结合的新型柔性坝下游断面的水流分布特性。分别测试了不同淹没度、流量和支坝角度组合下,坝后断面水平流速和相对于无坝时流速变化率的垂向分布。研究表明:当相对淹没度较小时,水流主要通过下层的坝体透过,水体上层流速减小,下层流速增大,减速区在近表层;当相对淹没度为增大时,水流可翻越坝体通过,上层流速增大,下层流速减小,减速区在近底层。坝后断面水平流速的垂向分布规律受入流流量变化的影响不大,且垂线上的流速随着流量的增大而增加;断面流速变化率的垂向分布在3个流量级试验下趋于一致。主坝与支坝呈90°夹角时对坝后断面下层水流流速的垂向分布的改变最大,水流流速的变化率随着夹角的增大而增大。
【文章来源】：水道港口. 2020,41(05)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
试验设置(单位:m)
图1 试验设置(单位:m)本文仅限于研究模型沿整个河流断面均匀布置的情况,因此并没有按比尺考虑河流的宽度(本试验的原型河宽为3.6 m,小于表1中现场观测的范围),但后述试验数据分析将证明水槽壁仅对近边壁的水流存在一定的影响。将试验静水深与模型总高度(浮筒加坝体)之比定义为相对淹没高度,本试验拟在表1所示的范围内测试3种水深(0.45 m、0.55 m和0.65 m,分别对应的相对淹没度为0.88、1.08和1.28)、3个入流流量(0.05 m3/s、0.075 m3/s和0.1 m3/s)和3种不同排列方式的柔性生态导流坝物理模型。模型在保持主坝与水流方向垂直的情况下,通过改变支坝末段的位置,使支坝与主坝的夹角分别为90°、60°和30°,对应排列A、B和C,阻水面积比A<B<C,如图2所示。具体试验测量分为3组:(1)在流量为0.05 m3/s和排列A时,通过分别测试上述3个相对淹没度对应的流速来研究相对淹没度对坝体下游流速分布的影响;(2)在相对淹没度为0.88和排列A时,通过分别测试上述3个入流流量对应的流速来研究入流流量对坝体下游流速分布的影响;(3)在流量为0.05 m3/s和相对淹没度为0.88时通过分别测量排列A、B和C对应的流速来研究模型支坝和主坝的夹角对坝体下游流速分布的影响。
水流在坝体存在的前后改变可由流速变化率η来描述,定义为η=(v2-v1)/v1,其中,v1为投放柔性生态导流坝前测点的流速,v2为投放导流坝后的流速。由上述定义可知流速变化率的值越小,模型对该测点的减速效果越好。图3-b展示了图3-a三种淹没度下有模型时的流速相对无模型时的减速率:在相对淹没度0.88和1.08工况下流速变化率较为接近,均大约以相对水深z/h=0.55为界,分界点以上断面平均流速变化率小于0,此时模型对水流具有减速效果,且该效果随着相对水深的减小而加强,在水面附近可以达到40%;由于整个断面流量守恒,在分界点以下则模型对水流具有加速效果,在水底附近水流加速了近80%;而在相对淹没度为1.28时情况则相反,以相对水深z/h=0.6为分界点,在分界点以下,断面平均流速变化率小于0,表现为减速,且减速效果随着相对是水深的增加而加强,并在z/h=0.3位置达到最强,近60%;在分界点以上则对水流具有加速效果,最大加速率约为60%。2.2 入流流量对坝下游断面水平流速垂向分布的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]丁坝群对弯道水力特性影响的数值模拟研究[J]. 魏文礼,陈晓朋,李强,张泽伟,刘玉玲. 水资源与水工程学报. 2019(03)
[2]透空潜坝附近水流特性的数值模拟[J]. 欧阳澍,刘成林,程永舟,王文森,王小明. 水利水运工程学报. 2019(01)
[3]均质透水丁坝二维水流模拟研究[J]. 游立新,许慧,魏帅,陈梓偲. 水道港口. 2018(06)
[4]不同坡度条件下“沙棘植物柔性坝”的阻水效应[J]. 张鸿敏,杨方社,李浩,亓潘,韩琛. 水土保持通报. 2017(01)
[5]正态曲面丁坝三维水流数值模拟[J]. 孙志林,於刚节,许丹,马国淇. 浙江大学学报(工学版). 2016(07)
[6]梯形断面明渠丁坝绕流水力特性三维数值模拟[J]. 魏文礼,洪云飞,邵世鹏,刘玉玲. 应用力学学报. 2015(02)
[7]Experimental Study on Mechanism and Shape Characteristics of Suspended Flexible Dam[J]. 王建中,范红霞,朱立俊. China Ocean Engineering. 2014(06)
[8]台阶式丁坝水动力特性及防冲效应[J]. 丁晶晶,陆彦,陆永军. 水利水运工程学报. 2014(05)
[9]沙棘柔性坝对水流影响的野外试验研究[J]. 李怀恩,杨方社,张日俊,毕慈芬,唐允吉. 水力发电学报. 2009(01)
本文编号：3095012
【文章来源】：水道港口. 2020,41(05)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
试验设置(单位:m)
图1 试验设置(单位:m)本文仅限于研究模型沿整个河流断面均匀布置的情况,因此并没有按比尺考虑河流的宽度(本试验的原型河宽为3.6 m,小于表1中现场观测的范围),但后述试验数据分析将证明水槽壁仅对近边壁的水流存在一定的影响。将试验静水深与模型总高度(浮筒加坝体)之比定义为相对淹没高度,本试验拟在表1所示的范围内测试3种水深(0.45 m、0.55 m和0.65 m,分别对应的相对淹没度为0.88、1.08和1.28)、3个入流流量(0.05 m3/s、0.075 m3/s和0.1 m3/s)和3种不同排列方式的柔性生态导流坝物理模型。模型在保持主坝与水流方向垂直的情况下,通过改变支坝末段的位置,使支坝与主坝的夹角分别为90°、60°和30°,对应排列A、B和C,阻水面积比A<B<C,如图2所示。具体试验测量分为3组:(1)在流量为0.05 m3/s和排列A时,通过分别测试上述3个相对淹没度对应的流速来研究相对淹没度对坝体下游流速分布的影响;(2)在相对淹没度为0.88和排列A时,通过分别测试上述3个入流流量对应的流速来研究入流流量对坝体下游流速分布的影响;(3)在流量为0.05 m3/s和相对淹没度为0.88时通过分别测量排列A、B和C对应的流速来研究模型支坝和主坝的夹角对坝体下游流速分布的影响。
水流在坝体存在的前后改变可由流速变化率η来描述,定义为η=(v2-v1)/v1,其中,v1为投放柔性生态导流坝前测点的流速,v2为投放导流坝后的流速。由上述定义可知流速变化率的值越小,模型对该测点的减速效果越好。图3-b展示了图3-a三种淹没度下有模型时的流速相对无模型时的减速率:在相对淹没度0.88和1.08工况下流速变化率较为接近,均大约以相对水深z/h=0.55为界,分界点以上断面平均流速变化率小于0,此时模型对水流具有减速效果,且该效果随着相对水深的减小而加强,在水面附近可以达到40%;由于整个断面流量守恒,在分界点以下则模型对水流具有加速效果,在水底附近水流加速了近80%;而在相对淹没度为1.28时情况则相反,以相对水深z/h=0.6为分界点,在分界点以下,断面平均流速变化率小于0,表现为减速,且减速效果随着相对是水深的增加而加强,并在z/h=0.3位置达到最强,近60%;在分界点以上则对水流具有加速效果,最大加速率约为60%。2.2 入流流量对坝下游断面水平流速垂向分布的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]丁坝群对弯道水力特性影响的数值模拟研究[J]. 魏文礼,陈晓朋,李强,张泽伟,刘玉玲. 水资源与水工程学报. 2019(03)
[2]透空潜坝附近水流特性的数值模拟[J]. 欧阳澍,刘成林,程永舟,王文森,王小明. 水利水运工程学报. 2019(01)
[3]均质透水丁坝二维水流模拟研究[J]. 游立新,许慧,魏帅,陈梓偲. 水道港口. 2018(06)
[4]不同坡度条件下“沙棘植物柔性坝”的阻水效应[J]. 张鸿敏,杨方社,李浩,亓潘,韩琛. 水土保持通报. 2017(01)
[5]正态曲面丁坝三维水流数值模拟[J]. 孙志林,於刚节,许丹,马国淇. 浙江大学学报(工学版). 2016(07)
[6]梯形断面明渠丁坝绕流水力特性三维数值模拟[J]. 魏文礼,洪云飞,邵世鹏,刘玉玲. 应用力学学报. 2015(02)
[7]Experimental Study on Mechanism and Shape Characteristics of Suspended Flexible Dam[J]. 王建中,范红霞,朱立俊. China Ocean Engineering. 2014(06)
[8]台阶式丁坝水动力特性及防冲效应[J]. 丁晶晶,陆彦,陆永军. 水利水运工程学报. 2014(05)
[9]沙棘柔性坝对水流影响的野外试验研究[J]. 李怀恩,杨方社,张日俊,毕慈芬,唐允吉. 水力发电学报. 2009(01)
本文编号：3095012
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