竖缝式鱼道若干水力学问题研究

发布时间：2017-04-29 02:02

  本文关键词：竖缝式鱼道若干水力学问题研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：竖缝式鱼道是目前国内外应用最为广泛的鱼道型式之一,其水力设计涉及多方面技术问题。本文利用数值模拟计算与物理模型试验相结合的方法对竖缝式鱼道涉及的水力学问题进行了系统研究,得到如下主要成果：1)竖缝断面平均流速为0.8-2.0m/s的范围内,其量值对常规水池流场分布并无明显影响,表明常规水池的水力特性主要取决于其布置体型与细部结构尺寸,因而在特定流速条件下获得的竖缝式鱼道优化布置体型具有良好的普适性。2)提出并研究了采用光滑型墩头的竖缝式鱼道布置方式,结果表明,对隔板与导板均采用光滑型墩头,其常规水池内主流区基本居于中间部分,流速沿程衰减效果显著；回流区的影响域为常规水池平面面积的80%左右,其内部流速值较小,表明这种布置是可行的。3)针对竖缝式鱼道休息池进行了系统研究,发现休息池内容易出现主流贴壁流动结构与大尺度回流区,为此提出了相应的优化措施,通过将休息池上游竖缝的导向角度调整至23°---26°或在休息池内增设整流挡板后,有效消除了上述不利流态。4)针对竖缝式鱼道转弯段与分岔段进行了系统研究,揭示了其独特的水力特性,指出转弯段与分岔段内容易出现不利于鱼类上溯的水流流态,并提出了增设整流挡板的优化布置措施,使问题得以圆满解决。5)提出了一种独特的鱼道进口布置思路与方案,有效解决了下游水位变幅较大情况下鱼道进口的布置难题,其核心思想是采用多次往复式布置结构,利用鱼道各分段之间的自然落差,以及隔板、导板与整流挡板的阻挡作用,实现在水位变动过程中鱼道不同进口之间的自动切换,其最大特点是可以不设闸门、运行简单、并有利于提高进口段集鱼效果。6)提出了一种带有溢流段的鱼道出口段布置体型,有效解决了在较大水位变幅条件下需要设置多个鱼道出口所导致的布置难度与运行困难。7)提出了在鱼道进口区域采用射流诱鱼的技术思路,并研究了单股射流诱鱼与双股射流诱鱼两种布置方案：一是在鱼道进口上、下游分别布置射流与系列小股射流,在进口下游河岸形成具有良好流速分布的诱鱼流场,同时局部范围内的回流区尺度合理,回流流速较小；二是在鱼道进口上游布置两股相邻射流,其射流流速采用常规水池竖缝断面平均流速值的2-3倍,入射角分别为90--120°与30°,可在鱼道进口与其下游一定范围内形成适合鱼类上溯并顺利游入鱼道进口段的诱鱼流场,进而提高鱼道的诱鱼效率。
【关键词】：竖缝式鱼道 常规水池 休息池 转弯段 分岔段 射流
【学位授予单位】：中国水利水电科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S956.3;TV135
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-16
• 第一章 绪论16-41
• 1.1 问题的提出16-17
• 1.2 竖缝式鱼道17-26
• 1.2.1 鱼道的发展史17-19
• 1.2.2 鱼道的分类与作用19-21
• 1.2.3 竖缝式鱼道的结构型式与水流特性21-26
• 1.3 已有研究成果综述26-39
• 1.3.1 模型试验26-34
• 1.3.2 数值模拟34-37
• 1.3.3 原型观测37-39
• 1.4 研究内容39-41
• 第二章 研究方法41-68
• 2.1 数值模拟计算方法41-52
• 2.1.1 竖缝式鱼道基本布置体型41-42
• 2.1.2 数学模型42-45
• 2.1.3 竖缝断面流场计算结果45-46
• 2.1.4 主流区流场计算结果46-51
• 2.1.5 回流区流场计算结果51-52
• 2.2 竖缝式鱼道垂向流场研究52-58
• 2.2.1 垂向流场水力特性52-54
• 2.2.2 竖缝式鱼道平面二元特性54-58
• 2.3 物理模型试验技术58-63
• 2.3.1 竖缝式鱼道大比尺物理模型58-59
• 2.3.2 竖缝式鱼道水流流态与平面流场测量结果59-62
• 2.3.3 竖缝断面流速值测量结果62-63
• 2.4 数值模拟计算结果与物理模型试验数据对比研究63-66
• 2.4.1 定性对比研究63
• 2.4.2 定量对比研究63-66
• 2.5 小结66-68
• 第三章 常规水池水力特性研究68-82
• 3.1 常规水池流场的普适性研究68-72
• 3.1.1 竖缝断面流速分布与特征值68-69
• 3.1.2 主流区的水力特性69-70
• 3.1.3 回流区的水力特性70-72
• 3.2 光滑型墩头与其水力特性研究72-81
• 3.2.1 数学模型72
• 3.2.2 光滑型墩头流场数值模拟结果72-74
• 3.2.3 竖缝断面水力特性74-77
• 3.2.4 主流区流场特性77-79
• 3.2.5 回流区水力学指标79-81
• 3.3 小结81-82
• 第四章 休息池水力特性与改进研究82-115
• 4.1 休息池水力特性研究82-95
• 4.1.1 数学模型82-85
• 4.1.2 数值模拟结果85-86
• 4.1.3 数值结果与试验数据对比分析86-89
• 4.1.4 休息池主流区流场特性89-92
• 4.1.5 休息池回流区水力学指标92-93
• 4.1.6 休息池垂向流速分布规律93-95
• 4.2 调整导向角度改进措施研究95-104
• 4.2.1 数学模型95-98
• 4.2.2 数值模拟结果98-100
• 4.2.3 主流区流场特性对比研究100-102
• 4.2.4 回流区水力学指标102-104
• 4.3 增设整流挡板改进措施研究104-114
• 4.3.1 数学模型104-107
• 4.3.2 数值模拟结果107-109
• 4.3.3 主流区流场特性109-112
• 4.3.4 回流区水力学指标112-114
• 4.4 小结114-115
• 第五章 90°转弯段水力特性与改进研究115-139
• 5.1 数学模型115-121
• 5.1.1 90°转弯段的体型与分类115-116
• 5.1.2 内外型90°转弯段的数学模型116-117
• 5.1.2 内外型90°转弯段流场数值模拟结果117-121
• 5.2 90°转弯段水力特性与改进研究121-136
• 5.2.1 90°转弯段水力特性121-125
• 5.2.2 90°转弯段体型改进措施研究125-129
• 5.2.3 主流区水力特性对比研究129-132
• 5.2.4 回流区水力特性对比研究132-136
• 5.3 物理模型试验数据与数值模拟结果对比分析136-138
• 5.4 小结138-139
• 第六章 180°转弯段水力特性与改进研究139-163
• 6.1 数学模型139-145
• 6.1.1 180°转弯段结构与分类139-140
• 6.1.2 外内型180°转弯段数学模型140-141
• 6.1.3 外内型180°转弯段数学模型141-145
• 6.2 180°转弯段水力特性与改进研究145-161
• 6.2.1 180°转弯段流场分布规律145-148
• 6.2.2 180°转弯段流场改进研究148-153
• 6.2.3 180°转弯段主流区流场特性对比研究153-156
• 6.2.4 180°转弯段回流区水力学指标156-161
• 6.3 外内型180°转弯段物理模型试验161-162
• 6.4 小结162-163
• 第七章 分岔段水力特性与改进研究163-187
• 7.1 出口分岔段流场的数值模拟163-168
• 7.2 进口分岔段流场水力特性与改进研究168-177
• 7.2.1 进口分岔段水流流场分布规律168-172
• 7.2.2 进口分岔段水力特性改进研究172-177
• 7.3 出口分岔段流场水力特性与改进研究177-184
• 7.3.1 出口分岔段水流流场分布规律177-180
• 7.3.2 出口分岔段流场改进研究180-184
• 7.4 出口分岔段模型试验184-186
• 7.5 小结186-187
• 第八章 自适应水位变化的进出口布置方案探索187-195
• 8.1 自适应水位变化的进口布置方案探索187-190
• 8.2 自适应水位变化的出口布置方案探索190-193
• 8.3 小结193-195
• 第九章 竖缝式鱼道进口诱鱼水流技术研究195-213
• 9.1 进口段补水措施的水流流场特性研究195-200
• 9.2 单股诱鱼射流的水力特性研究200-208
• 9.2.1 射流流场特性200-207
• 9.2.2 射流流场改进研究207-208
• 9.3 双股诱鱼射流的水力特性研究208-211
• 9.3.1 双股射流流场特性208-209
• 9.3.2 双股射流流场改进研究209-211
• 9.4 小结211-213
• 第十章 结论与展望213-216
• 10.1 研究成果213-214
• 10.2 研究创新点214-215
• 10.3 研究展望215-216
• 参考文献216-225
• 攻读博士期间发表的论文与所取得的研究成果225-226
• 致谢226-227

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 许晓蓉;刘德富;汪红波;王从锋;;涵洞式鱼道设计现状与展望[J];长江科学院院报;2012年04期

2 刘家麟;;淮河中游鱼道建设的探讨[J];安徽水利水电职业技术学院学报;2012年04期

3 李强;;长沙综合枢纽工程鱼道布置浅析[J];湖南水利水电;2012年02期

4 宋德敬;姜辉;关长涛;陈庆生;;老龙口水利枢纽工程中鱼道的设计研究[J];海洋水产研究;2008年01期

5 洪峰;陈金生;;浅议长江水电开发修建鱼道的价值[J];水利渔业;2008年04期

6 毛熹;李嘉;易文敏;罗小凤;;鱼道结构优化研究[J];四川大学学报(工程科学版);2011年S1期

7 董志勇;冯玉平;Alan Ervine;;异侧竖缝式鱼道水力特性及放鱼试验研究[J];水力发电学报;2008年06期

8 王然;;鱼道规划设计研究进展[J];水利建设与管理;2012年05期

9 M.泰勒;马元s，

本文编号：333952