不求导加速迭代法在消力池深度计算中的应用

消力池深度计算是底流消能工消能防冲计算的重要内容之一,出池河床无水状态在泄水建筑物运行之前实际存在。为了解决消力池深度计算的困难,构造池深差方程,介绍了不求导加速迭代法（弦截法）计算收缩断面水深的步骤,进而求得消力池深度。结果表明：消力池深度计算值最大对应的下游水深为 ht=φ ''-2/3hk。 研究成果对消力池设计具有重要意义。     

梯形断面消力池扩散型消能计算

针对目前NB/T 35023—2014《水闸设计规范》只涉及矩形断面消力池,未涉及梯形断面消力池消能计算的问题,基于水力学基本理论和数值分析理论对梯形断面消力池消能计算进行研究,推导了梯形断面收缩水深的解析计算式以及梯形断面消力池扩散型消能跃后共轭水深基本方程,并利用高次方程求解理论分别给出棱柱体梯形断面跃后共轭水深的解析计算式和扩散型消能跃后共轭水深的简易迭代求解公式,并根据消能计算方程,给出梯形断面消力池扩散型消力池池深、池长的计算式。工程实例计算结果表明,所提出计算式精度可靠。     

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.     

平底矩形渐扩挖深式消力池深度计算新公式

为解决平底矩形渐扩挖深式消力池深度计算传统公式与等宽矩形断面消力池深度计算公式不统一的问题,通过建立收缩断面水深方程、水跃方程、出池落差方程和消力池末端几何关系方程推导了渐扩矩形断面挖深式消力池深度计算的新公式。分析认为,传统公式计算消力池深度存在小于新公式计算结果的情况,以传统公式计算的消力池深度作为设计依据不能完全形成确定淹没系数的淹没水跃,此时下游河床冲刷较大,无法满足消能的设计要求;当消力池首、末宽度相等时,新公式与等宽矩形断面消力池深度计算公式相同,且新公式物理概念清晰,以新公式计算的消力池深度作为工程设计的依据更加可靠。     

溢流堰消力池水力近似计算

依据水跃理论,为减少试算法或图解法的繁杂计算,提出了求解消力池收缩水深与相应共轭水深的近似计算。直接求解收缩水深和共轭水深,并假定以池深等于乘以安全系数的共轭水深与出水渠水位之差,并用算例和算表加以说明,基本满足临界水跃要求,从而简化了消力池水力计算。     

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。     

明渠梯形断面消力池池深和尾坎高度的计算方法

为研究明渠梯形断面消力池池深和尾坎高度的计算方法,依据前人对梯形断面消力池水跃共轭水深、梯形断面量水堰(槛)的研究成果,采用能量方程研究梯形断面挖深式消力池、消力坎式消力池和综合式消力池深度和坎高的计算方法。给出了梯形断面消力池池深、尾坎高度的计算公式,通过算例说明了计算过程。提出的消力池深度、坎高的计算公式可以作为梯形断面消力池设计的参考。     

R型水跃局部水头损失系数与跃后水深的计算

通过能量方程研究R型突扩水跃局部水头损失系数,完善水跃跃后水深计算的理论方法,为消力池跃后水深的计算提供新的思路。通过建立消力池出口扩散断面和跃后断面的能量方程,分析R型突扩水跃局部水头损失系数和水跃水深比的变化规律。结果发现:R型水跃相对局部水头损失系数是突然扩散断面弗劳德数和消力池突扩比的函数;相对局部水头损失系数既服从线性分布,又服从乘幂分布;水跃水深比是跃前断面弗劳德数和消力池突扩比的函数。提出了局部水头损失系数和水跃水深比的计算公式,并分别对其进行了验证。     

关于水闸消力池深度计算的探讨

通过计算、比较,分析了下游水深取值对消力池深度计算的影响,对水闸消力池计算如何考虑下游水位上升的滞后进行了探讨。结果表明,计算中若下游水深选取不当,有可能使计算结果偏于不安全,对于不同的下游边界条件,应具体问题具体分析。     

关于水闸消力池深度计算的探讨

通过计算、比较,分析了下游水深取值对消力池深度计算的影响,对水闸消力池计算如何考虑下游水位上升的滞后进行了探讨。结果表明,计算中若下游水深选取不当,有可能使计算结果偏于不安全,对于不同的下游边界条件,应具体问题具体分析。     

池末尾坎自由出流的消力池布置研究

池末尾坎自由出流的拦河闸下游消力池流态较复杂,其水力特性和体型布置是工程设计和运行关心的问题。通过水力模型试验研究,对尾坎自由出流的消力池池长和消力池末端尾坎高度的关系进行分析,提出消力池体型布置方法:首先在消力池水平段池底高程选定的基础上,根据消力池进口断面弗劳德数,初选池末尾坎高度;其次通过调整尾坎高度和计算尾坎顶水深,使两者之和与跃后水深的比值在1.15~1.2之间,则消力池水平段池长与跃长的比值可减小至0.8~0.85。该方法可较合理地确定尾坎自由出流的消力池水力和体型参数。     

Particle image velocimetry measurements of vortex structures in stilling basin of multi-horizontal submerged jets

Measurements of turbulent flow fields in a stilling basin of multi-horizontal submerged jets were made with the singlecamera Particle Image Velocimetry (PIV). The particle images were captured, processed, and subsequently used to characterize the flow in terms of the 2-D velocity and vorticity distributions. This study shows that the maximum close-to-bed velocity in the stilling basin is approximately reduced by 60%, comparing to the jet velocity at the outlet of orifices. The jet velocity is distributed evenly at the latter half of the stilling basin and the time-averaged velocity of the cross section is reduced by 77%-85%, comparing to the jet velocity at the outlet of orifices. These results show that the vortices with horizontal axes are continuously repeated during the form-merge-split-disappear process. The vertical vortices are continuously formed and disappeared, they appear randomly near the slab and intermittently reach the slab of the stilling basin. The range of these vortices is small. Vortices with horizontal axes and vertical vortices do not coincide in space and the vortices with horizontal axes only affect the position of the tail of the vertical vortices attached to the slab of the stilling basin.     

Laboratory Investigation of Stilling Basin Slope Effect on Bed Scour at Downstream of Stepped Spillway: Physical Modeling of Javeh RCC Dam

Stepped spillway and stilling basin are one of the most important energy dissipation structures. Eventhough, most of energy dissipated by these structures, but in skimming flow, the upstream flow motion is nonaerated and the residual energy capable to destroyed structures during floods. In this study, effect of stilling basin slope on bed scour, downstream of Javeh dam was investigating. Experiments performed in hydraulic structures laboratory of the University of Kerman with six different discharges (5, 7, 13, 17, 25 and 30 l/s.m) and five various stilling basin slope (0.02, 0.01, 0, ?0.01 and???0.02). The parameters such as maximum scour depth (d_s), flow velocity (in three point), water depth on upstream and downstream of stepped spillway and stilling basin, the distance of the maximum scour depth to sill (L_s) and the gheometery of scour hole measured. Result shown that when stilling basin slopes was 0.02, the average of maximum relative scour depth, 47% Increased and in ?0.02, 52.2% Decreased. In addition, the distance of maximum scour depth until stilling basin increased by increasing and decreased by decreasing the stilling basin slope.

     

渐扩综合式消力池尾坎高度和作用力的计算

研究了渐扩综合式消力池深度、坎高和尾坎作用力的计算方法。根据水跃方程、堰流理论和前人对渐扩式消力池水跃长度、共轭水深和淹没系数的研究成果,分析渐扩综合式消力池的设计方法,根据动量方程研究尾坎的作用力。给出了渐扩综合式消力池深度、坎高和尾坎作用力的计算公式和计算步骤。提出的坎高和作用力的公式不仅适用于渐扩综合式消力池的设计,也适用于渐扩消力坎式消力池,计算方法新颖,过程简单,精度满足设计需求。     

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.     

消力池深的简化计算法

消力池深计算需完成高次方程联立求解,无法直接获得。针对目前传统算法及近似算法存在的计算繁琐且成果精度不高、利用微机编程获解又不便于基层工程技术人员应用等问题,通过对池深水力计算相关方程组进行数学变换,采用优化拟合的方法,以标准剩余差最小为目标函数,在工程实用范围内,经逐次逼近拟合,获得了计算简捷、成果精度满足工程设计要求的简化计算公式。具有一定的实际推广意义。     

设计综合式消力池的简便计算

水流经过水闸、溢流坝等水工建筑物，下游消能有时需要采用综合式消力池方案，笔者在研究单纯确定池深和坎高的基础上，导出计算综合式消力池的迭代公式，使得计算方便，而且精度能够保证。     

基于低弗氏数水流下折坡渐扩式消力池的优化

底流消能中在遇坡度情况下通常采用折坡扩散型消力池,其消能效果较好,对地形适应性强,在同等水利条件下,需要的池深更小,更经济高效。折坡式消力池的优化及应用还存在难题,该体型在低弗氏数水流下的消能与具体工程的应用具有一定研究价值。本工程水流为低弗劳德数水流,通过模型试验,在不同工况下,对折坡扩散式消力池的水深、压强、消能率等水力特性做了研究,针对三种不同体型比较优化,最终得出加深消力池与在护坦加设消能墩的方式,其对下游水深的适应更好。