角锥体对弯道流态改善的研究

发布时间：2021-04-12 04:15

　　弯道水流在自然界和水工建筑物中都是常见的水流形态。水流进入弯道后在离心力和重力的作用下做曲线运动,水流结构重新调整,流态逐渐恶化。主要的不利流态包括凹岸局部冲刷、水面超高、凸岸泥沙淤积等。为了改善弯道流态,人们提出了很多工程措施来改善弯道的流态,包括丁坝、斜槛、导墙、导向翼等。本文研究的对象角锥体与丁坝、导向翼在某些方面具有相似的特性,但又有根本性的不同。比如角锥体的迎水面顺水流流向,对流道阻流效应更小;角锥体使得水流产生由凹岸指向凸岸的横向流速,可以使两岸流量平衡。对角锥体的研究还比较罕见,为了为给工程应用提供参考依据,本文采用数值模拟和模型试验相结合的方式,研究了角锥体对弯道水面线、流速分布、弯道环流及紊动强度等方面的影响,得到以下研究成果:（1）研究了角锥体对弯道水面线的改善效果,考虑了角锥体底宽、角锥体位置等参数影响。通过模型试验数据对弯道设置角锥体与否两个工况进行对比,发现设置角锥体后弯道下游的水面超高明显降低,相比未设置角锥体水面波动有所增加,但水面波动随着距离增加而衰减。总体来看,设置角锥体对弯道下游水位明显改善。下游水面波动受角锥体底宽的影响较大,角锥体底宽越大,进占比... 

【文章来源】：西华大学四川省

【文章页数】：114 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

供水系统和试验水槽Fig2.2Watersupplysystemandtestwaterchannel

角锥体对弯道流态改善的研究12额定流量30m3/h。水箱如图2.3，其作用是调节流量、测量流量并使水流平稳进入水槽。图2.4为试验时供水水箱内的流态，可见水面没有波动，使得流量的测量更加精确。水箱长1m，宽0.5m，高0.5m。其中1号水箱长0.85m，2号水箱长0.15m，1号水箱和2号水箱之间用隔板隔开，隔板和流量调节板共同作用，从而控制1号水箱内水位。水泵将水泵入水箱，流量调节板可以上下活动，水箱内水位高于调节板则从调节板上进入2号水箱，由出水口返回水泵，这样就可以使得1号水箱内保持一个恒定的水位。图2.3供水系统示意图Fig2.3Schematicdiagramofwatersupplysystem图2.4供水水箱内流态Fig2.4Flowpatterninwatertank2.1.3角锥体体型参数角锥体体型如图2.5所示，角锥体底部与弯道底部贴合，垂直侧壁与弯道侧壁贴合，迎水面与上游来流呈一定夹角。角锥体的体型参数有：顺水流方向长度为l，高度为h，

角锥体对弯道流态改善的研究14角堰的堰板为刀锋形，可以提高精度。三角薄壁堰如图2.6所示。图2.6三角薄壁堰示意图Fig2.6Diagramoftriangularthinwallweir试验通过三角薄壁堰测量流量，计算三角薄壁堰的流量公式为：2tang21582/3vHQ（2-1）式中Qv为流经三角堰的流量，H为堰上水头，θ为三角堰角度（本次试验三角堰角度为90°）。由（2-1）式可知，试验可以通过流量调节板控制堰上水头H从而控制试验流量，试验时，通过读取堰上水头，按（2-1）式可得实测流量。2.2.2流速测量和水面线本次试验采用旋桨式流速仪，流速仪测量范围为0.01m/s至4.00m/s，每个测点测三次，取算数平均值作为最终值。水面线测量用钢尺测量，每个测点读五次，取算数平均值为最终值。2.3试验方案2.3.1试验参数本次弯道模型试验和模拟主要考虑的控制变量有流量、角锥体尺寸（底宽）、角锥体的位置及有无角锥体的对照试验组。（1）试验流量由于试验水泵功率有限（水泵额定流量30m3/h，实际只能达到12m3/h），流量变化产生的影响将在数值模拟部分考虑。


本文编号：3132597