梯形明渠水跃共轭水深的简化计算

本文提出了一种对梯形明渠水跃共轭水深的简化计算方法。这一计算方法是在梯形明渠水跃共轭水深的迭代计算的基础上,在单宽流量q=1～100m~2/s和渠道边坡m=0～3的范围内,从近500个算例中,以数理统计归纳整理而成的。此计算方法的适用条件是,两个共轭水深的比值η=h_2/h_1>3时的颤动水跃、稳定水跃和强水跃。而对η≤3时的弱水跃,简化计算值只能作为梯形明渠水跃共轭水深迭代计算的初始值使用,这样可以简化迭代计算的过程。     

顺坡渐扩矩形明渠水跃计算公式

顺坡渐扩矩形明渠常被用在排水工程中作为排水口与河道的连接段。由于河道水位变化，水跃将发生在连接段。本文从动量守恒原理出发推导了顺坡渐扩矩形明渠水跃方程，在假定水跃水质点作二维运动和水跃段内质点垂向加速度近似为常量的基础上推导了水跃长度近似计算公式。并与扩散角为9°、水平坡度角为6°特定条件的模型试验结果进行了对比，结果吻合良好，可供类似工程参考。     

矩形明渠消力池水跃的水头损失研究

为了研究沿程水头损失与局部水头损失的变化规律,根据沿程水头损失的基本定义,推求矩形明渠消力池水跃区沿程水头损失与床面阻力系数、水跃共轭水深比、跃前断面宽高比及跃前断面水深的理论关系,提出了矩形明渠水跃区沿程水头损失及其系数和局部水头损失系数的理论公式,给出了沿程水头损失系数、局部水头损失系数和总水头损失系数的简单拟合公式。研究表明:沿程水头损失随着跃前断面水深和床面阻力系数的增大而增大,随着水跃共轭水深比和跃前断面宽高比的增大而减小;局部水头损失系数随着跃前断面弗劳德数的增大而增大;水跃区局部水头损失占比随着弗劳德数的增加而增加,弗劳德数为3时的局部水头损失占比达到90%,弗劳德数为6时的局部水头损失占比已达到95%以上。研究成果可进一步完善并丰富水跃理论体系。     

闸堰下游淹没水跃特性研究

本文通过试验分析，对具有驼峰堰的泄水闸下游平底消力池中的淹没水跃特性进行了研究，认为：当淹没水跃的前佛氏数Ｆｒ１＝３．４－７．３，淹没系数Ｓ＜０．７时，消力池及其下游的流态不会因水跃被淹没而恶化，淹没水跃的消能效果优于自由水库。     

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。     

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。     

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 .     

宽尾墩三元水跃特性试验研究

通过传统二元水跃与宽尾墩三元水跃形成及发展机理的类比,借助水工模型试验,对宽尾墩三元水跃特征跃高Ht、特征跃长Lt与来流流能比K之间的关系进行了研究。研究结果表明:微淹没临界状态下的宽尾墩三元水跃特征跃长Lt与跃高Ht均可回归为流能比的一次线性函数,流能比较小时,三元水跃跃高比二元水跃略低一些,随着流能比的增加,两种水跃跃高趋于相同;宽尾墩三元水跃跃长比二元水跃减小约50%,随着流能比的增加,减小幅度还会有所增加。利用经验式对已建或在建工程消力池体型参数进行了计算分析,结果表明,采用宽尾墩消能工可显著缩短消力池长度,戽式消力池可缩短的更多。     

宽尾墩三元水跃特性试验研究

通过传统二元水跃与宽尾墩三元水跃形成及发展机理的类比,借助水工水力学模型试验,对宽尾墩三元水跃特征跃高Ht、特征跃长Lt与来流流能比K之间的关系进行了研究,研究结果表明：微淹没临界状态下的宽尾墩三元水跃特征跃长与跃高均可回归为流能比的一次线性函数,流能比较小时,三元水跃跃高比二元水跃略低一些,随着流能比的增加,两种水跃跃高趋于相同;宽尾墩三元水跃跃长比二元水跃减小约50%,随着流能比的增加,减小幅度还会有所增加。利用经验式对已建或在建工程消力池体型参数进行了计算分析,分析结果表明,普通消力池长度与设计工况下的三元水跃跃长比较接近,而戽式消力池长度约为计算跃长的0.2～0.5倍,下游河道跃后水深比随着流能比的增加呈现减小趋势。     

基于水跃现象的解析

"水跃"是水力学中的专业技术词语,它是水工建筑物消能设计中必须求证并判别清楚的问题。对"水跃现象"做了较为详尽的解析,包括20世纪50年代、90年代国内外专家的解读,并给出计算公式和以实例进行了分析。     

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。     

城门洞形及马蹄形输入隧洞内的水跃

由于城门洞形和马蹄形断面输水管道中的临界水深、共轭水深的计算公式和计算曲线尚缺乏现成的资料.为工程上参考、使用的方便性，本文利用水流动量方程，分析这两种最常用的输水管道中的水跃问题.针对不同的跃前、跃后 水深的情况，推导了计算其相应的共轭水深的公式.文中给出了判别城门洞形和马蹄形断面两种输水隧洞中出现临界水深的计算表.为方便计算和工程参考，文中提供了共轭水深计算曲线。     

水跃值对计算渗透系数的影响

该文在总结抽水试验水跃值产生原因的基础上，建议采用阿勃拉莫夫经验公式计算水跃值，提出了在工程实践中可行的3种消减水跃值的方法，并通过工程实例的应用验证，表明未考虑水跃值计算的渗透系数误差较大，偏于不安全。     

矩形断面收缩水深的直接计算法

当水流沿坝面下泄时，为判别水跃的发生位置与进行水跃计算，作者提出用矩形断面收缩水深的直接计算法，是以能量方程为基础，把未知数分为几个数之和，在一定条件下简化方程，应用复数三角形式而求得，该法的特点是不用试算，不用作图，可直接可以求得其结果，经实例验算精度已能满足     

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。     

泄水建筑物斜坡上水跃共轭水深近似计算

依据水力学水跃理论,对斜坡上跃前水深拟为收缩水深,以简化计算,并按动量方程,引入斜坡特性,即可估算跃后水深,并以算例说明,效果较好.     

异重流的交界面曲线形式

分析了平底坡情况下两层不同密度的异重流,上层静止下层流动或上层流动下层静止时的内水跃与明渠均质流动中的水跃之间的相似关系.在此基础上,从明渠一维渐变流公式和异重流运动方程导出了明渠渐变流水面曲线与两层异重流交面曲线之间的相似关系.通过实例验证了本文的论述.     

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。     

顺坡折坡水跃方程的评述与改进

推导顺坡水跃方程的两种基本假定，实质上都是水跃区水面线直线化的处理。在这样假定基础上，本文近似地视折坡水跃为tgθ的顺坡水跃，得到了试验资料[2]的验证。     

淹没水跃的逆向流速

本文描述了对溢流建筑物下游产生的淹没水跃进行的试验研究。当下游明渠的尾水深度超过亚临界水深时，即产生淹没水跃。这种情况很常见，特别是在低溢流结构中。淹没水跃产生的涡流具有巨大的逆向自由表面流速，这种现象经常使粗心游客受伤害，因此又被称为“淹没机器”。通过理论推导和试验论证，我们定量分析了在各种水力上的危险高流速。