全断面掺气水流的脉动压力特性研究

发布时间：2017-12-10 13:40

  本文关键词：全断面掺气水流的脉动压力特性研究

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【摘要】：我国水力资源丰富,自改革开放以来,高坝泄水建筑物日益增多,高速水流对建筑物的空蚀破坏问题不容忽视,行之有效的减蚀措施引起关注,现今被业内普遍认可并广泛推广的减蚀措施当属掺气减蚀。本文主要通过水工模型试验,对陡槽全断面掺气及掺气水流的脉动压力的水力特性进行研究。选择自然掺气、底坎掺气、侧坎掺气、联合掺气共四种掺气形式,五级流量以及多种通气孔类型,通过控制变量法,根据实测数据的总结分析,揭示了自然掺气及强迫掺气设施后泄槽不同流动区域的掺气浓度及脉动压力特性。主要研究内容及研究结果如下:(1)从底空腔、侧空腔的理论分析入手总结其计算公式,并得出同一试验条件下,底空腔长度与单宽流量、通气孔个数均呈反比关系,侧空腔长度与弗劳德数、通气孔半径均呈正比例关系。(2)从掺气浓度与脉动压力在同一工况下的沿程分布情况得出,在不同强迫掺气设施下,二者在水流冲击区的沿程变化趋势一致。而且在这一区域水流脉动强烈的现象是掺气坎后的掺气浓度增加引起的。因此影响水流脉动压力的主要因素除水流流速外,还有掺气浓度。从泄槽侧墙脉动压力的变化得出,联合掺气设施的掺气效果优于单独的底、侧坎掺气设施。(3)从脉动压力在泄槽底板的变化得出,在冲击区,尤其在底板或联合掺气设施下建筑物受水流的瞬时压力荷载最大,在反射区及稳定区,流速是导致水流脉动增强的主要因素。脉动压力的紊动程度随通气孔个数的增多或通气孔面积的增大而愈加剧烈。(4)从脉动压力的时域过程、脉动压力的均方根值、偏态系数、峰态系数和脉动压力的主频率等多方面得出,泄槽壁面的最大脉动压力可用公式计算值近似反映,且脉幅最大值约为脉动压力均方根值的3倍。试验工况下各区主频率均小于11Hz,优势频率主要集中在0-10Hz之间,属于低频范畴;并且水流脉动压力分布在反射区下游及稳定区更接近正态分布。研究结果可为更好的在陡槽上利用强迫掺气减蚀设施提供有益的理论及试验依据。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TV135.2

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本文编号：1274673