用附加动量理论分析齿墩与消力池联合消能机理

用“附加动量”水跃理论分析齿墩与消力池联合应用的消能机理 ,用跃后水深、水跃长度或单宽水跃容积减少的百分数 ,估计新增消能设施的经济效益。并通过模型试验验证了消能的理论分析 ,计算了新增设施的消能量、跃后水深、水跃长度或单宽水跃容积减少的百分数。结果表明 :采用齿墩设施 ,可增进消力池的消能作用 ,并取得显著的经济效益 ,达到了附加动量水跃理论所预期的效果     

波状床面消力池水跃特性试验分析

研究波状床面水跃共轭水深和水跃长度对于波状床面消力池的设计极为重要。根据已有文献关于波状床面消力池水跃特性的试验资料,分析波状床面消力池共轭水深、水跃旋滚长度、水跃长度和水跃区消能率随跃前断面弗劳德数、壁面粗糙高度、跃前断面和跃后断面水深的变化规律。给出了波状床面水跃跃后水深的半理论公式和水跃旋滚长度、水跃长度的拟合公式,并对其进行验证,水跃共轭水深的平均误差分别为4.5%和3.3%,水跃旋滚长度和水跃长度的平均误差分别为7.4%和5.9%。研究表明,水跃跃后水深和水跃长度不仅是跃前断面弗劳德数的函数,还是壁面粗糙高度的函数;波状床面消力池水跃区消能率远大于一般混凝土壁面消能率,在相同弗劳德数情况下水跃区消能率随着壁面粗糙高度的增加而增加。     

加糙消力池共轭水深和水跃长度的试验分析

在总结国内外加糙消力池水力特性研究的基础上,给出密排加糙消力池的共轭水深和水跃长度的计算方法.根据W-S-Hughes等对密排加糙消力池共轭水深和水跃长度的试验资料,利用量纲和谐原理研究密排加糙消力池的水跃方程和水跃长度随弗劳德数、跃前断面水深、跃后断面水深和壁面粗糙度的变化规律.结果表明:密排加糙消力池的共轭水深随着跃前断面弗劳德数的增大而增大,随着壁面粗糙度的增大而减小;水跃长度也是跃前和跃后断面水深、跃前断面弗劳德数和壁面粗糙度的函数;水跃区的消能率随着壁面粗糙度的增加而增加.提出了密排加糙消力池共轭水深和水跃长度的计算式,并用其他学者已有试验资料验证了计算式的可靠性.     

泄水建筑物下游低弗汝德数水跃长度研究

低水头灌区泄水建筑物下游易形成低弗汝德数水跃,灌区泄水建筑物下游常设有消力池消能,合理确定低弗汝德数水跃长度,关系到消力池长度的确定及消力池的消能效果。根据前人研究结果,结合工程实例、理论分析计算、概化模型试验研究及工程应用验证,类比了低弗汝德数泄水建筑物下游水跃长度的欧勒佛托斯基与陈椿庭公式,并对后一个公式系数进行了修正;通过理论计算及试验验证,得出同一水跃长度公式反映的跃长与跃前低弗汝德数Fr、共轭水深关系规律不尽相同。     

小石峡水电站溢洪道消能工优化试验

通过新疆维吾尔自治区库马拉克河小石峡水电站溢洪道水力学模型试验,对其原设计方案的消能工结构形式进行了优化。试验表明,消力池段在通过设计流量30年一遇洪水1 856.20m3/s时,池内不能形成完整水跃,水跃前后波动剧烈,水流大量溢出,原设计方案的边墙高度、池长均不能满足过流要求。提出采用减小消力池池深、设置分流趾墩-消力墩-低消能坎的综合式消力池代替原设计方案的常规消力池的修改方案,在设计流量下进行泄水试验,试验结果表明,在分流趾墩、消力墩、低消能坎的联合作用下,消力池内形成强迫水跃,流态明显改善,水跃长度减小,跃后水深降低,消能率提高。采用分流趾墩-消力墩-低消能坎的综合式消力池可有效缩短消力池池长,降低边墙高度,节省工程造价,试验结果可为优化工程设计及其他同类工程优化消力池提供参考。     

矩形明渠粗糙壁面消力池的水力计算

根据消力池水力计算的基本方程,利用文献[14]对粗糙壁面水跃共轭水深和水跃长度的研究成果,研究粗糙壁面消力池深度和消力坎高度的水力计算方法。给出了粗糙壁面挖深式消力池深度和消力坎式消力池高度的计算公式和计算步骤,通过算例说明了计算过程。研究表明,与一般传统的消力池相比较,粗糙壁面消力池的深度、长度、消力坎的高度和跃后水深均有较大幅度的减小,消能效果提高,值得在工程中推广应用。     

突扩式水跃跃长的计算公式推导与验证

水跃长度为突扩式消力池设计的重要参数,对消力池安全稳定以及经济合理的影响效果显著。通过建立水跃区水体质点的运动方程,研究突扩式消力池水跃跃长的变化规律。提出了突扩式水跃跃长的半理论公式,并用已有文献的实测数据对其进行验证。研究表明突扩式消力池水跃长度是跃前断面弗劳德数、跃前断面平均水深、水跃共轭水深比和消力池突扩比的函数,并随着跃前断面弗劳德数、跃前断面平均水深和水跃共轭水深比的增大而增大。结果显示,公式计算的突扩式水跃长度平均误差为4.32%,在5种体形共48组工况下只有5组工况的水跃长度相对误差>10%,且最大相对误差为-12.52%,其余工况下相对误差均<10%。     

掺气分流墩设施水力特性的试验研究

掺气分流墩设施是设在陡坡急流中的大型分流墩。该分流墩将贴壁急流转变成为充分扩散、四面临空、剧烈紊动、充分掺气的水流。水舌在空中碰撞、混掺、碎烈、水滴化,大大增加了水流与空气的接触面。水流进入消力池时,入池单宽流量减小;消力池水流流态受下游水深控制,可以分为四种流态。该设施的最优收缩比范围为0.5~0.7。墩头脉动壁压满足重力相似,优势频率不满足重力相似且fr =1 ,墩头脉动壁压优势频率在 0.1~0.388Hz之间,远小于墩头自振频率。掺气分流墩属超空化体型,不会发生空蚀破坏。掺气分流墩设施的水舌掺气核心区长度仅为普通二元水舌核心区长度的 1/5~1/2,最小平均含水率仅为普通二元水舌的 14%,当S/h >20时,βsm 逐渐趋于0.1,已为水滴化状态。消力池掺气充分。当λ=0.5 时,消力池底板压强系数减少了约30%。与普通二元水舌消力池比较,水跃长度可缩短1/3,跃后水深可降低1/5,消能率提高了(6~16)%。     

密排加糙床面消力池自由水跃跃长计算

水跃长度作为消力池设计的重要参数,对消力池安全稳定以及经济合理的影响效果显著。通过建立水跃区水体质点的运动方程,研究密排加糙床面消力池水跃旋滚长度和水跃长度的变化规律,提出了水跃旋滚长度和水跃长度计算的理论方法,并根据已有文献的试验数据对所推公式涉及的物理参数进行率定。计算研究结果表明,密排加糙床面消力池水跃旋滚长度和水跃长度均随跃前断面弗劳德数、跃前断面水深和水跃共轭水深比的增大而增大,随着床面当量粗糙高度的增加而减小。经验证发现,水跃旋滚长度和水跃长度的计算值与实测值接近。     

低佛汝德数水跃型消力池

一、概述对于来流佛汝德数低于4.5的水跃型消力池,由于其形成的水跃弱且不稳定,因此,设计短而有效的消力池就比较困难。美国垦务局1957年推荐了带有陡槽消力墩(趾墩)和倾斜式尾坎的Ⅳ型消力池,池长等于没有消能工时水平床上形成的水跃长。垦务局已经建议将SAF型消力池应用于佛汝德数大于1.7的小型建筑物中,消力池长度可减小70％以上。对低佛汝德数来流,印度标准研究所1969年采用带有消力块、陡槽消力墩和消力栏的消力池即IS、型,这种消力池的池长大约为四倍跃后水深。1975年N·G布豪米柯使用不同斜度     

大单宽流量低傅汝德数收缩墩底流消力池的试验研究

为解决大单宽流量、低傅汝德数底流消能中存在振荡水跃,进而导致消力池内流态不稳定、水面波动大、消能率低等问题,采用模型试验的方法,对在消力池前设置收缩墩后的收缩扩散与底流复合消力池进行了研究。结果表明:设置Y型收缩墩后消力池内呈较为稳定的收缩射流与淹没水跃的三元复合流态,水流更为稳定,振荡水跃消失,可有效解决池内的水流间歇性振荡和水面大幅波动等问题。同时,设置收缩墩后,可有效降低池内最大临底流速,由近30 m/s降至约20 m/s。消能率由60.93%提升至66.61%,消能效果显著。此外,下游河道冲刷大大减小。最不利冲刷工况下的2年一遇洪水时,基岩最大冲深由近32.0 m降为5.6 m。消力池前设置收缩墩,对于因受地形地质等客观条件限制,无法通过改变池长池深来解决大单宽低傅汝德数的底流消能问题,提供了一种新思路。     

折坡扩散型消力池的水跃特性试验研究

折坡扩散型消力池在中小型水利工程中经常采用,消能效果良好,能较好地适应地形变化。但由于其边界条件的复杂性,对其水跃特性的研究较少。通过水工模型试验,对不同工况下折坡扩散型消力池的水跃流态、跃长、跃后水深等水跃特征进行了研究。分析对比了在相同来流条件下,平底等宽型、折坡等宽型、折坡扩散型消力池的跃后共轭水深。结果表明,相同来流条件下,相较于等宽型消力池,折坡扩散型消力池因其单宽流量较小,可以更好地适应下游水深,且所需消力池深度更小。     

地震作用下重力式码头地基液化及变形

我国现行码头抗震设计规范采用的单水准抗震设计方法,不能反映不同地震烈度时的抗震性能.采用有限差分软件FLAC 3D,对重力式码头的地震响应和地基状况进行了分析计算,研究重力式码头在不同强度地震作用下地基的超孔隙水压力、超孔压比和码头位移,并用国际航运协会码头结构抗震设计指南所规定的性能设计准则进行了评判.计算表明,在强度较小地震作用下,所分析的重力式码头结构和地基的破坏程度较小,不影响结构的正常使用.在较强地震作用下,沉箱底部置换砂超孔压比增幅较小,置换砂并未液化;码头陆侧回填土层超孔压比增幅较大,回填土层在加速度峰值增加到0.2g后,在不同位置发生液化,沉箱水平及竖向位移在加速度峰值出现后急剧增大,最终导致重力式码头结构发生不同程度的破坏.     

改进的突然对称扩散水跃方程

泄水建筑物下游的消能防冲是水利工程设计的重要问题。突然对称扩散水跃是消能的一种基本形式。为了研究突然对称扩散水跃共轭水深的水力特性,根据动量原理建立了突然对称扩散水跃共轭水深方程。发现突然对称扩散水跃始端扩散断面的回流平均水深ｈ３可以表示为跃前断面水深ｈ１和跃后断面水深ｈ２的函数,即ｈ３＝ｈ１＋αｈ２。根据大量实验资料,给出了系数α随着突扩比β变化的函数关系式。本文建议的方程能够很好的与实验吻合一致。在已有的计算方法中,本文方程与实验结果的平均误差和最大误差最小。因此,本文方程可以应用到实际问题的水力计算。     

导流墙对闸后三元水流特性的影响

为避免或减轻多孔水闸少数孔开启时产生的突扩式三元水跃及次生二次水跃对闸后防冲设施及河道的冲刷破坏,针对平板闸门单孔开启和连续3孔开启情况,在消力池中分别设置4种不同长度导流墙,通过物理模型试验和三维数值模拟研究了相应水跃特性及流速、流态特征。模型比尺采用1:100,数值模拟采用RNG k-ε紊流模型和VOF方法。结果表明:在连续3孔闸门开启,闸门开度为1 m的试验条件下,导流墙长度为消力池长度的50%, 60%, 75%和100%时与未加导流墙情况相比,跃后水深分别降低了4.16%, 1.66%, 1.94%和2.22%;二次水跃距离分别缩短了17.14%, 14.29%, 2.86%和1.43%。导流墙长度为消力池长度的50%时跃后水深与二次水跃距离降幅最大,海漫上流速分布更加均匀。试验结果可为闸下消能设计和工程运行管理应用提供借鉴和参考。     

突然扩散水跃方程的显式解

泄水建筑物下游的消能防冲是保证水利工程安全的重要措施。突然对称扩散水跃是水跃消能的形式之一。分析了突然扩散水跃方程(以下简称突扩水跃方程)以及突扩水跃的水力特性, 研究了回流平均水深, 认为回流平均水深是跃前和跃后水深的函数, 同时又受突扩比的影响, 提出了系数α的经验式, 并应用动量守恒原理推导了突扩水跃方程, 给出了该方程的显式解。试验验证表明, 突扩水跃方程显式解与试验结果吻合, 显式解与试验结果的平均误差为5.481%, 说明该显式解实用可靠, 精度高, 可用于计算实际工程问题。     

c型折坡水跃特性的试验研究

水跃消能是水利工程中经常用到的消能形式,国内外许多学者对水跃进行了大量的研究。在工程实践中发现,c型折坡水跃的水力特征值与规范方法计算得到的值有较大差异。文章针对c型折坡水跃特性进行了试验研究,并结合量纲分析和数值分析方法,得出以斜坡段坡角θ为参数的c型折坡水跃跃后水深、水跃长度的计算公式,并利用水槽试验数据和实际工程水工模型试验对公式进行了验证。结果表明:所得公式的计算误差不超过±12%,可供工程设计计算参考。