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。     

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。     

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。     

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。     

高坝消力戽消能跃后共轭水深的计算

针对现有高坝消力戽消能计算十分繁琐的问题,考虑底挑圆弧离心力对收缩水深的影响,基于无量纲化理论、水力学基本理论和数学理论推导,给出了高坝消力戽消能计算基本方程。利用一元三次方程的卡当公式解分别给出了坎底收缩水深和跃后共轭水深的解析计算公式,并采用MatLab计算软件对跃后共轭水深与无量纲单宽流量、无量纲总水头以及消力戽底坎挑角的影响关系进行了计算研究。最后通过工程实例计算比较,认为推导的坎底收缩水深和跃后共轭水深计算式精度可靠,方便快捷,便于工程实际应用。     

有坎宽顶堰闸孔出流研究

研究了有坎宽顶堰闸孔出流临界水跃情况。通过动量方程及连续性方程推导,建立了该情况下共轭水深比与收缩断面处弗劳德数之间的关系式,并结合图表分析了有坎情况下坎高与收缩断面水深的比值对临界水跃跃后水深的影响。比较宽顶堰闸孔出流有坎与无坎两种情况下的跃后水深表明,在堰坎的扩散作用下,有坎情况下跃后水深小于无坎情况下跃后水深。通过模型试验验证,发现堰坎对临界水跃的影响十分显著,相对于无坎情况跃后水深有所减小,试验结果与理论计算结果吻合较好。     

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。     

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。     

自由临界水跃跃后水深的探讨

自由临界水跃的跃后水深对设计消能防冲工程的安全和经济性起着很重要的作用 .为解决跃后水深的准确计算问题 ,推求出应用范围较大的跃后水深计算公式 ,并举例进行分析计算 .结果表明 ,文中公式可以满足消力池和冲刷坑水力计算的需要 .     

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。     

抛物线形渠道的水力特性

通过积分和数值积分研究了n次抛物线形渠道湿周的计算,根据明渠均匀流理论研究了n次抛物线形渠道的正常水深;根据明渠临界水深和水跃共轭水深的理论,研究了n次抛物线形渠道的临界水深、弗劳德数以及水跃共轭水深的计算方法。给出了n次抛物线形渠道湿周、正常水深、临界水深、弗劳德数和水跃共轭水深的通用计算式,给出了水跃共轭水深的迭代式,证明了迭代式的收敛性,通过实例验证了计算式的正确性。本研究提出的n次抛物线形渠道的正常水深、临界水深、弗劳德数和水跃共轭水深的计算方法具有通用性,计算简单、精度高,可以应用于实际工程。     

扩散段水跃共轭水深近似计算

依扩散段水跃基本方程为基础，利用直接求解跃前水深近似算式，求出跃前水深值．并对扩散段水跃基本方程进行优化，可得到求解扩散段共轭水深算式，且举出算例，效果良好，以供商酌。     

跌水建筑物水力计算及分析

通过对跌水建筑物控制堰跌口宽度、跌水消力池水力计算原理及方法进行分析,对消能计算经验公式及水跃方程公式进行比较论证,认为水跃方程根据动量定理推导而出,理论依据充分,成果可靠,而经验公式缺乏理论支撑,与水跃方程公式计算成果相差较大,建议跌水建筑物水力计算宜选用水跃方程公式.最后通过工程实例,计算确定跌水控制堰跌口宽度、消...     

圆形断面水跃共轭水深的迭代计算方法

基于圆形过水断面的几何特点与棱柱体水平明渠的水跃方程,推导出圆形断面的水跃方程。通过数学变换,得到了圆形断面水跃共轭水深计算公式。针对具体算例,采用图解法与迭代计算相结合的办法对圆形断面的共轭水深进行了求解。算例表明,该计算方法简单、结果精确,便于推广应用。     

溢水坝垂直跌坎水力计算简化

本文以表面水跃第一临界状态基本公式为基础，在伯诺里方程式中拟设比β=a/E0最值，应用泰勒公式特殊条件牛顿二项定理，解得跌坎水深算式，并从工程实践资料拟定β=0.2，将所得跌坎水深代入第一临界状态基本算式，即求得跌坎高度，举出算例，效果良好。