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。     

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。     

矩形扩散水跃水力计算新公式

通过对矩形扩散水跃研究，给出了不同的宽深比，不同的佛劳德数及不同的扩散角下的水跃表面轮廓曲线，水跃长度及侧墙压力系数的计算公式，并应用动量原理导出矩形扩散水跃的理论公式，以便设计和实际应用。     

陡坡后消力池内水跃的数值模拟

利用三维RNG k-ε紊流模型和体积率(VOF)跟踪自由水面的方法,对4种不同工况、相同坡角的陡坡后消力池内的水跃特性进行了数值模拟,并与模型试验结果进行了对比.结果表明,不同工况下消力池内水面线特征、流速和水跃长度与模型试验吻合较好,陡坡后消力池内淹没水跃长度大于自由临界水跃长度.同时,数值计算与试验结果均表明,陡坡后消力池内水跃长度不能按照平底矩形水跃长度计算公式进行计算,必须考虑淹没度的影响,从而有效避免陡坡后消力池设计中的不足.     

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。     

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。     

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%。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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 .     

底流消能雾化的计算

本文系统地研究了底流消能水流雾化的物理过程和计算方法。得到了以下三方面的成果:(1)建议了底流消能水流雾化的物理模式;(2)提出了坝面溢流自由掺气和水跃区雾源量的计算模式;(3)提出了底流消能雾化流影响范围的计算方法。     

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。     

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...     

伴有局部掺混的异重流水跃

为了分析伴有局部水体掺混的异重流内部水跃上下游水力因子之间的关系，本文利用动量方程和连续方程推导了包含上下层流体之间水量掺混的内部水跃的理论表达式，并用水槽试验对该理论公式进行了验证。结果表明无论对稳定内部水跃还是移动内部水跃计算所得的水量掺混系数均比试验值约小10％，初步验证了本文所提出的理论计算方法。