多股掺气水流水垫塘掺气浓度与脉动压强试验研究
发布时间：2022-01-06 09:28
我国的水利事业建设取得飞速的发展,一大批高坝已建成,所建的大坝很多都在70m以上,这些大坝一般具有水头高、流量大、河谷窄的特点,泄水消能显然已经成为建设工程中的要点。对于高拱坝,目前大多数工程把水垫塘作为下游消能的形式。对于高拱坝的泄水消能研究是将经验与理论结合起来,国内外许多学者对水垫塘内水动力荷载做了大量的研究,也得到了比较成熟的成果,而掺气水流对水垫塘内水动力荷载的影响研究的比较少,尤其是多股掺气射流对水垫塘底板水动力荷载研究的更少。水流掺气可以有效的减小或者避免空蚀破坏,是一种卓有成效的方法。由于水流掺气会造成水垫塘内水体水深加大、水体流速变化导致时均动水压强以及脉动压强变化,而水流脉动又是造成水垫塘底板破坏的主要原因。本文通过物理模型试验与理论结合的方法,分析多股掺气水流对水垫塘底板荷载的作用。主要研究成果如下:（1）分析了水垫塘内水体出现的流态,并对淹没冲击射流水流结构进行了分区。（2）分别研究底孔、中孔、表孔泄水,改变入塘流量时掺气浓度、时均动水压强、脉动压强在水垫塘内的分布。（3）分别研究底孔+中孔联合泄水、底孔+表孔联合泄水、中孔+表孔联合泄水,改变入塘流量时掺气浓度...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
底流消能示意图
士学位论文12水建筑物边壁的摩擦消能；（2）高速射流在空气中通过与空气的摩擦、扩散效能；（3）射流回落到下游尾水坑内与周围水体紊动剪切消能。射流的落点位置、冲击的范围以及流量的分布可以通过泄水建筑物末端的鼻坎来控制，挑流消能对尾水的变幅适应性较强，结构比较简单，施工、检查、维护也比较方便，工程量较小，建设成本较低。但是射流落入下游对河床冲刷严重，堆积物较严重，尾水的波动较大，雾化比较严重。挑流消能对下游河床岩基比较苛刻，适用于各种高中水头的泄水建筑物，是一种广泛应用的消能工[54]。如图2.3所示。图2.3挑流消能示意图射流经鼻坎后，在空中呈抛射运动，落入到下游水垫中，由于水垫水深的不同射流产生不同程度的扩散运动，在射流的周围形成不同程度的旋滚。射流的主要能量在射流的入水区域附近消除，由此导致下游冲刷坑形成并且持续发展向周围延伸，直到下游冲刷坑达到一定的深度后，坑内的水深加大，形成一张巨大的水垫，达到消散水流动能的作用，致使河床不被射流继续冲刷，从而河床受到保护。因此，在水利工程设计时射流的挑流射程要得当，射流的落点要远离建筑物基础，并使射流挑落到下游的冲刷坑较孝减小鼻坎的空蚀破坏以及射流雾化问题。（3）面流消能面流消能是通过设置在泄水建筑物末端的鼻坎，将下泄的高速水流挑至水流表面，主流在表面紊动扩散，在主流下方形成反向的旋滚，使主流与河床分离。通过两部分来消能：（1）主流在表面的紊动旋滚剪切消能。（2）底部的反向旋滚剪切消能。在底部的反向旋滚流速不高，一般不需要加固，但是水流沿着河床流向泄水建筑物的基础，有可能会冲蚀泄水建筑物的基矗如图2.4所示。面流消能适用于中、低水头的泄水建筑物，且下游尾水比较深，水位变化幅度较小，两
第二章相关理论13较远的河床下游，影响河床岸坡的稳定性、电站的安全运行以及航运的正常运行。图2.4面流消能（4）消力戽消能消力戽的挑流鼻坎设置在水下，由于鼻坎隐藏在水下，下泄的水流受到周围水体的作用不会形成自由的水舌，主流通过鼻坎挑射至水体表面，高速的主流在戽内强烈紊动产生漩滚剪切消耗大量能量，因高速主流在水体的表面，可以减轻水流对河床的冲刷。消力戽适用于尾水水深较深，且水位变化幅度较小，高速水流在水体的表面，不需要做护坦，但水面波动较大[54]。如图2.5。图2.5消力戽消能2.6水垫塘体型及消能在高坝自由挑跌式泄水，目的使坝址不被淘刷、两岸岸坡不被冲刷、冲坑不再持续发展，而在下游开挖河床，使下游水位壅高，形成水垫塘。在水利工程泄水消能中，水垫塘是一种较为普遍的消能工。高坝通过坝身泄水时，水头较高，下泄的水流形成高速水流，具有巨大的动能，以一定的角度直接作用在下游河床上，对河床造成极大的冲击破坏，如：国
【参考文献】：
期刊论文
[1]区域水资源的可持续利用[J]. 古丽·别克木汗. 江西农业. 2018(12)
[2]高拱坝水垫塘消能机理及水力学参数研究进展[J]. 王英奎,廖仁强,江春波. 人民长江. 2015(08)
[3]形状对块体护底水垫塘的影响分析[J]. 罗伦,邓伟,王伟. 甘肃科技. 2014(06)
[4]水垫塘消能在高拱坝工程中的应用研究[J]. 王英奎,马方凯,殷福安. 云南水力发电. 2013(04)
[5]高坝块体护底水垫塘水动力特性研究[J]. 王伟,陈和春,高甜,严涛. 水电能源科学. 2012(12)
[6]基于自回归模型的水流脉动压力频谱特征研究[J]. 刘昉,练继建,辜晋德. 水利学报. 2009(11)
[7]挑坎下游高速掺气水流的数值模拟[J]. 张宏伟,刘之平,张东,吴一红. 水利学报. 2008(12)
[8]在水能资源管理工作研讨会上的讲话[J]. 胡四一. 中国水能及电气化. 2008(Z1)
[9]水跃区水流脉动压力频谱相似律研究[J]. 练继建,王继敏,辜晋德. 科学通报. 2007(15)
[10]多股水平淹没射流水力特性的影响因素研究[J]. 李艳玲,华国春,张建民,杨永全. 水科学进展. 2006(06)
博士论文
[1]跌坎消力池水动力荷载研究[D]. 李树宁.天津大学 2012
[2]水利枢纽下游水体溶解氧超饱和特性分析及预测[D]. 付健.清华大学 2009
[3]高坝消力塘防护结构安全问题研究[D]. 王继敏.天津大学 2007
[4]泄洪洞高速水流三维数值模拟[D]. 张晓东.中国水利水电科学研究院 2004
[5]高坝消力塘水动力特性与防护结构的安全研究[D]. 杨敏.天津大学 2003
硕士论文
[1]跌坎型底流消能工射流流速衰减规律与坎深确定研究[D]. 崔召.昆明理工大学 2015
[2]变水头无压输水隧洞水流特性及洞内消能研究[D]. 罗毅.大连理工大学 2014
[3]抽水蓄能电站下库放空管出口消能水工模型试验研究[D]. 赵瑞存.浙江大学 2014
[4]泄洪洞突扩突跌掺气水流特性的数值模拟研究[D]. 乔梁.昆明理工大学 2014
[5]水垫塘（消力池）三维紊流的数值模拟[D]. 孙胜利.天津大学 2008
[6]水垫塘衬砌结构的破坏模式研究[D]. 刘喜珠.天津大学 2007
[7]水跃区水流脉动压力相似律[D]. 辜晋德.天津大学 2007
[8]白石水库溢流坝消能型式研究[D]. 曹刚.河海大学 2006
[9]浅水垫消力池水力特性研究[D]. 李天翔.四川大学 2006
[10]反拱形水垫塘衬砌结构的稳定性研究[D]. 刘鹏.天津大学 2006
本文编号：3572202
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
底流消能示意图
士学位论文12水建筑物边壁的摩擦消能；（2）高速射流在空气中通过与空气的摩擦、扩散效能；（3）射流回落到下游尾水坑内与周围水体紊动剪切消能。射流的落点位置、冲击的范围以及流量的分布可以通过泄水建筑物末端的鼻坎来控制，挑流消能对尾水的变幅适应性较强，结构比较简单，施工、检查、维护也比较方便，工程量较小，建设成本较低。但是射流落入下游对河床冲刷严重，堆积物较严重，尾水的波动较大，雾化比较严重。挑流消能对下游河床岩基比较苛刻，适用于各种高中水头的泄水建筑物，是一种广泛应用的消能工[54]。如图2.3所示。图2.3挑流消能示意图射流经鼻坎后，在空中呈抛射运动，落入到下游水垫中，由于水垫水深的不同射流产生不同程度的扩散运动，在射流的周围形成不同程度的旋滚。射流的主要能量在射流的入水区域附近消除，由此导致下游冲刷坑形成并且持续发展向周围延伸，直到下游冲刷坑达到一定的深度后，坑内的水深加大，形成一张巨大的水垫，达到消散水流动能的作用，致使河床不被射流继续冲刷，从而河床受到保护。因此，在水利工程设计时射流的挑流射程要得当，射流的落点要远离建筑物基础，并使射流挑落到下游的冲刷坑较孝减小鼻坎的空蚀破坏以及射流雾化问题。（3）面流消能面流消能是通过设置在泄水建筑物末端的鼻坎，将下泄的高速水流挑至水流表面，主流在表面紊动扩散，在主流下方形成反向的旋滚，使主流与河床分离。通过两部分来消能：（1）主流在表面的紊动旋滚剪切消能。（2）底部的反向旋滚剪切消能。在底部的反向旋滚流速不高，一般不需要加固，但是水流沿着河床流向泄水建筑物的基础，有可能会冲蚀泄水建筑物的基矗如图2.4所示。面流消能适用于中、低水头的泄水建筑物，且下游尾水比较深，水位变化幅度较小，两
第二章相关理论13较远的河床下游，影响河床岸坡的稳定性、电站的安全运行以及航运的正常运行。图2.4面流消能（4）消力戽消能消力戽的挑流鼻坎设置在水下，由于鼻坎隐藏在水下，下泄的水流受到周围水体的作用不会形成自由的水舌，主流通过鼻坎挑射至水体表面，高速的主流在戽内强烈紊动产生漩滚剪切消耗大量能量，因高速主流在水体的表面，可以减轻水流对河床的冲刷。消力戽适用于尾水水深较深，且水位变化幅度较小，高速水流在水体的表面，不需要做护坦，但水面波动较大[54]。如图2.5。图2.5消力戽消能2.6水垫塘体型及消能在高坝自由挑跌式泄水，目的使坝址不被淘刷、两岸岸坡不被冲刷、冲坑不再持续发展，而在下游开挖河床，使下游水位壅高，形成水垫塘。在水利工程泄水消能中，水垫塘是一种较为普遍的消能工。高坝通过坝身泄水时，水头较高，下泄的水流形成高速水流，具有巨大的动能，以一定的角度直接作用在下游河床上，对河床造成极大的冲击破坏，如：国
【参考文献】：
期刊论文
[1]区域水资源的可持续利用[J]. 古丽·别克木汗. 江西农业. 2018(12)
[2]高拱坝水垫塘消能机理及水力学参数研究进展[J]. 王英奎,廖仁强,江春波. 人民长江. 2015(08)
[3]形状对块体护底水垫塘的影响分析[J]. 罗伦,邓伟,王伟. 甘肃科技. 2014(06)
[4]水垫塘消能在高拱坝工程中的应用研究[J]. 王英奎,马方凯,殷福安. 云南水力发电. 2013(04)
[5]高坝块体护底水垫塘水动力特性研究[J]. 王伟,陈和春,高甜,严涛. 水电能源科学. 2012(12)
[6]基于自回归模型的水流脉动压力频谱特征研究[J]. 刘昉,练继建,辜晋德. 水利学报. 2009(11)
[7]挑坎下游高速掺气水流的数值模拟[J]. 张宏伟,刘之平,张东,吴一红. 水利学报. 2008(12)
[8]在水能资源管理工作研讨会上的讲话[J]. 胡四一. 中国水能及电气化. 2008(Z1)
[9]水跃区水流脉动压力频谱相似律研究[J]. 练继建,王继敏,辜晋德. 科学通报. 2007(15)
[10]多股水平淹没射流水力特性的影响因素研究[J]. 李艳玲,华国春,张建民,杨永全. 水科学进展. 2006(06)
博士论文
[1]跌坎消力池水动力荷载研究[D]. 李树宁.天津大学 2012
[2]水利枢纽下游水体溶解氧超饱和特性分析及预测[D]. 付健.清华大学 2009
[3]高坝消力塘防护结构安全问题研究[D]. 王继敏.天津大学 2007
[4]泄洪洞高速水流三维数值模拟[D]. 张晓东.中国水利水电科学研究院 2004
[5]高坝消力塘水动力特性与防护结构的安全研究[D]. 杨敏.天津大学 2003
硕士论文
[1]跌坎型底流消能工射流流速衰减规律与坎深确定研究[D]. 崔召.昆明理工大学 2015
[2]变水头无压输水隧洞水流特性及洞内消能研究[D]. 罗毅.大连理工大学 2014
[3]抽水蓄能电站下库放空管出口消能水工模型试验研究[D]. 赵瑞存.浙江大学 2014
[4]泄洪洞突扩突跌掺气水流特性的数值模拟研究[D]. 乔梁.昆明理工大学 2014
[5]水垫塘（消力池）三维紊流的数值模拟[D]. 孙胜利.天津大学 2008
[6]水垫塘衬砌结构的破坏模式研究[D]. 刘喜珠.天津大学 2007
[7]水跃区水流脉动压力相似律[D]. 辜晋德.天津大学 2007
[8]白石水库溢流坝消能型式研究[D]. 曹刚.河海大学 2006
[9]浅水垫消力池水力特性研究[D]. 李天翔.四川大学 2006
[10]反拱形水垫塘衬砌结构的稳定性研究[D]. 刘鹏.天津大学 2006
本文编号：3572202
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