加设掺气设施后阶梯消能工水力特性研究

论文摘要

随着水利事业的发展,高坝建筑物越来越多,高速水流对泄水建筑的破坏问题也越来越突出,一方面是建筑物的空蚀破坏;另一方面是水流下泄时流速增大水流动能增加,对建筑物的冲刷严重。虽然台阶式溢洪道在一定条件下能有效解决上述问题,但当流量较大时,水深增大,水流中的掺气浓度较低,空化空蚀现象又将产生。因此加入掺气坎增加水流中掺气浓度,可以防止建筑物在大单宽流量下出现空蚀现象。本文通过模型试验,在阶梯溢洪道上设置不同的掺气坎,研究掺气坎后水流沿程掺气浓度和台阶面的脉动压强分布特性。本试验选择了无掺气坎和加设三种不同掺气坎,6个不同流量级,根据实测数据进行总结分析,主要研究内容与结论如下:(1)分析水流沿程的水面线和流速变化情况可知:在同一流量下,阶梯溢洪道加设前置底掺气坎后,水流强迫掺气,水面线整体增高;底掺气坎坎高增大,坎后空腔增大,掺入的空气越多,水面线增高越明显;底掺气坎加设侧掺气坎后,侧墙附近水流经过挑射,掺入更多空气,水面线增高。同一流量下,阶梯溢洪道水流流速沿程变化不大,增加底掺气坎坎高或增设侧掺气坎,掺气坎后水流流速增大,越到下游对流速影响越小。(2)分析水流沿程掺气坎浓度和泄槽整段消能率情况可知:在同一流量下,阶梯溢洪道前置底掺气坎坎高增加,水流整体掺气浓度增大,阶梯消能工的消能率提高;加设侧掺气坎后,侧墙附近水流掺气浓度明显增大,水流紊动强烈,消能率提高。同一坎型,流量增大时,水流掺气浓度先增大到一定程度后再减小,消能率也是增大到一定程度再减小。(3)分析阶梯溢洪道台阶面压强情况可知:同一工况,水流下泄过程台阶凸角处受到水流冲击紊动最强烈,此处脉动压强最大;由于台阶内有漩涡掺气充分,台阶竖板和平板的中间处压强最小,试验工况下的主频均小于11Hz,属于低频段。

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ABSTRACT

第一章绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 课题来源

1.4 主要内容

1.5 本章小结

第二章高速水流的基本水力现象

2.1 空化与空蚀

2.1.1 概述

2.1.2 空化数

2.1.3 空蚀的机理

2.1.4 泄水建筑物的防蚀措施

2.2 掺气水流

2.2.1 概述

2.2.2 掺气浓度

2.2.3 阶梯溢洪道的掺气特性

2.2.4 掺气减蚀设施

2.3 消能率

2.4 脉动压强

2.4.1 概述

2.4.2 脉动压强的统计特征值

2.5 本章小结

第三章前置掺气坎阶梯溢洪道模型试验简介

3.1 试验模型

3.1.1 试验模型设计

3.1.2 掺气设施设计

3.1.3 来流流量设计

3.1.4 测点布置

3.2 试验测量方法

3.3 试验工况设计

3.4 试验步骤

3.5 本章小结

第四章水流流态及流速

4.1 阶梯式溢洪道水流流态

4.2 水面线变化

4.2.1 掺气坎对水面线影响

4.2.2 掺气坎形式及高度对水面线影响

4.2.3 流量变化对水面线影响

4.3 空腔长度变化

4.3.1 不同掺气坎对空腔长度影响

4.3.2 流量变化对空腔长度影响

4.4 流速的变化

4.4.1 不同掺气坎对流速影响

4.4.2 流量变化对流速影响

4.5 本章小结

第五章掺气浓度的变化及消能率

5.1 掺气浓度变化

5.1.1 不同掺气坎对掺气浓度影响

5.1.3 流量对掺气浓度影响

5.2 掺气浓度对消能率的影响

5.2.1 不同掺气坎对消能率影响

5.2.2 流量对消能率影响

5.3 本章小结

第六章水流脉动压强特性分析

6.1 水流时均压强特性

6.1.1 不同掺气坎对时均压强的影响

6.1.2 流量对时均压强影响

6.2 脉动压强特性研究

6.2.1 脉动压强幅值特性研究

6.2.2 脉动压强概率密度及其特征值研究

6.2.3 脉动压强的频谱特性

6.3 本章总结

第七章总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 薛彤

导师: 徐一民,王荣金

关键词: 阶梯消能工,模型试验,掺气坎,掺气浓度,脉动压强,消能率

来源: 昆明理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地球物理学,水利水电工程

单位: 昆明理工大学

基金: 国家自然科学基金项目,项目编号:51269005

分类号: TV135.2

DOI: 10.27200/d.cnki.gkmlu.2019.000615

总页数: 93

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