突然扩散水跃方程的改进与比较

为研究突然扩散水跃方程的特性,根据动量守恒原理,在回流区平均水深作为代表水深的假设下,推导了突然扩散水跃的一般方程。在改进了回流区平均水深具体表达式的基础上,得到了突然扩散水跃的新方程,并给出了有关参数的确定方法。将已有的和改进的突然扩散水跃方程求得的共轭水深比与试验结果进行了比较,结果表明:不同突扩比时改进后的方程求得的共轭水深比与试验结果的平均相对误差和最大相对误差最小,计算精度最高;且改进后的方程具有显式解,计算方便。因此,改进后的方程可用于突然扩散水跃共轭水深的水力设计。     

突扩式水跃共轭水深的简化解

分析突扩水跃的水力特性, 给出水跃方程的简化解。在分析突然扩散式水跃段流态的基础上对回流水深作出假设, 考虑水跃扩散比对回流水深的影响, 运用动量守恒定律建立突然扩散式水跃方程。通过级数展开方法, 推导 出突然扩散式水跃方程的显式简化解, 并给出有关参数的经验公式。突扩比 β= 1.0 时简化解与试验结果的平均误差为 1.924% , 在 3.0< Fr 1 < 9.0 范围内二元水跃经典解与简化解误差随着水流弗劳德数 Fr1 的增加而减小, 最大误差小于 3.001% , 简化解能够与试验和二元水跃经典解吻合很好。在不同扩散比情况下, 简化解与试验结果的平均误差为 5.511% , 说明具有良好的精度。因此, 可以应用它进行泄水建筑物下游水力计算。     

突扩式水跃共轭水深的直接解及验证

由于泄水建筑物下游的地形条件,突扩散水跃被广泛地应用于泄水建筑物下游消能防冲设计。文章建立了突扩水跃方程并用实验验证了它的直接解。在分析水跃段水流形态的基础上对突扩式水跃始端端墙断面压力作出假设,认为回流平均压力是水跃跃首压力、水跃跃末端压力及水跃扩散比的函数。然后,根据动量原理推导出突扩式水跃共轭水深的水跃方程。通过实验给出了回流水深计算式中有关参数的经验公式。建议了突扩式水跃共轭水深水跃方程的显式直接解。突扩式水跃共轭水深水跃方程的计算结果与实验的对比表明,平均误差为5.564%,具有高的精度;与改进前突扩式水跃共轭水深水跃方程的计算结果对比说明,误差小于5%的实验组次增加了15组,占总实验组次的比例提高了16.5%,计算精度明显提高。而且计算过程简单,因此,可以用于水利水电工程的水力计算。     

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。     

考虑扩散比影响的突扩水跃共轭水深计算研究

目前对突扩水跃消能中的跃后水深的理论研究还尚不成熟。根据已有文献的实验资料,对突扩式水跃回流区平均水深做出了假设,运用动量定理推导了计算突扩水跃共轭水深的理论方程,用实验资料确定了有关参数,得到了较高的精度计算方程,并利用实验资料与已有的几种共轭水深方程进行了比较。结果表明:新方程计算的跃后水深与实际更加相符。     

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。     

突扩式消力池R型水跃的长度特征分析

根据已有文献对突扩式消力池R型水跃的试验成果,分析突扩式消力池R型水跃主要特征长度—回流扩散段水平长度、射流长度及旋滚长度的变化规律。研究表明,回流段水平长度是扩散出口断面弗劳德数和消力池上下游断面宽度差的函数;相对射流长度随出流扩散断面弗劳德数的增大而增大,随消力池突扩比的增大而减下;水跃旋滚长度随扩散出口断面弗劳德数和扩散出口断面水深的增大而增大,随消力池突扩比、跃后断面水深与扩散出口断面水深比的增大而减小。提出了R型水跃射流长度及旋滚长度的计算公式,并用已有文献资料进行了验证。     

平底突扩断面水跃共轭水深分析计算

基于平底突扩水跃形成机制,认为突扩断面回流区平均水深取决于突扩断面上游渠道的能量水头及断面突扩比等。假定突扩断面回流区平均水深等于突扩断面上游渠道能量水头乘以修正系数,通过实测资料分析,建立了修正系数与上游渠道弗劳德数以及断面突扩比的关系式,并将突扩断面回流区平均水深代入平底突扩水跃共轭水深一般方程,得到了跃后水深计算公式。经实测资料验证,本文跃后水深计算公式计算结果与实测资料符合良好,误差较小。     

渐扩式水跃跃后水深的计算

分析渐扩式水跃局部阻力系数随一般二元水跃局部阻力系数变化的规律,利用能量方程推导渐扩式水跃跃后水深的计算公式,得出了渐扩式水跃新的计算方法和跃后水深新公式,通过实际工程和已有公式对其正确性进行了验证。分析认为,在工程应用范围内(扩散角θ9°),渐扩式水跃局部阻力系数与二元水跃局部阻力系数呈对数关系;提出的共轭水深新公式能满足工程运用要求,并且计算的跃后水深随着跃前断面弗劳德数的增大与已有公式计算的跃后水深值的偏离程度逐渐减小。     

突扩式水跃跃后水深的分析与计算

突扩式消力池常见于多孔水闸和泵闸结合的水利枢纽,其水跃跃后水深的计算是一个无法回避的问题。由于突扩式水跃水流的复杂性,对其跃后水深的理论研究尚不成熟与完善。根据已有文献的试验资料,对前人常用研究方法所得的突扩式水跃跃后水深成果进行了定量分析与比较。结果表明,当边墙反力对应的压强水头等于跃前水深和跃后水深的平均值时,其计算的跃后水深与实际更加相符。通过建立绕流阻力新模型,结合已有文献的实测资料,给出了突扩式水跃绕流阻力系数的计算公式,提出了突扩式水跃跃后水深计算的新方法,并对其准确性和通用性进行了验证。     

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%。     

A GENERALIZED EXPLICIT SOLUTION OF THE SEQUENT DEPTH RATIO FOR THE HYDRAULIC JUMP

1.INTRODUCTIONIn most cases the hydraulic jump occurs in thetransition regi me from supercritical flow to subcritical flow.Hydraulic jumps have been widelyused for energy dissipation in hydraulic constructions.So,a number of researchers have paid theiattention to it for a long ti me.The purpose of hydraulic jump analysis is todetermine the sequent depth ratio,relative energydissipation andthejumplength.The sequent depthratio and the relative energy dissipation can be determined by momentu…     

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     

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。     

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。     

趾墩悬栅联合消能紊动及荷载特性数值模拟

基于Navier-Stokes方程和RNG k-ε湍流模型,采用流体体积函数法(Volume of Fluid,VOF)追踪非线性自由界面,对比趾墩悬栅联合消能与单一悬栅消能2种方式的水力特性差异,模拟水跃过程产生的大尺度紊动及水汽两相的强烈掺混作用。获得消力池内精细流场结构及边壁所受压力变化,以此对紊动特性及压力分布规律进行研究。结果表明:趾墩悬栅联合消能结构显著增加了渥奇段内水体紊动强度与规模,其中0.4＜h^*＜0.8(h^*为相对水深)范围内紊动强度相较单一悬栅显著增加,沿程衰减显著;消力池底板动水压力呈现明显波动,其平均动水压力相比单一悬栅略有降低;压力脉动峰值位于0.3＜x_p＜0.4(x_p为沿程相对位置),其动压力系数为消力池底板最大动水压力系数的2.0~2.4倍。研究成果可为消能机理的研究提供可靠依据。     

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.