侧流式消能井横轴漩涡的形成规律与防治方法研究

论文摘要

在分段低压输水系统中,侧流式消能井的横轴漩涡具有强大的卷吸作用,能够将大量的气体卷吸到下游输水管路中,导致输水管路的流量和压力发生剧烈振荡,严重危害到输水系统的安全运行。为了分析侧流式消能井中横轴漩涡气柱的形成与消散特性,本文对漩涡形成机理进行了理论分析,在此基础上利用水工模型试验进行横轴漩涡试验研究,包括水力特性的研究和影响横轴漩涡形成及发展因素的研究,并提出消除漩涡的方法。主要研究内容如下:根据涡管的弯曲变形对涡量的影响、紊流的运动特性及能量耗散,对横轴漩涡形成及发展的原因进行理论分析,进水口上方形成的初始环量是横轴漩涡形成和发展的根本因素。采用物理模型对横轴漩涡水力特性进行观察和测试,对横轴漩涡的形成规律进行分析。横轴漩涡具有和紊流相似的“拟序结构”特性。漩涡气柱是由水流中的气泡卷吸到中心形成的,气泡脱离漩涡气柱多发生在横轴漩涡高点处,而高点的位置总是随着突变截面的移动而移动。研究表明,掺气和环流是侧流式消能井中出现横轴漩涡的根本原因。通过试验获得不同输水流量、淹没水深和溢流宽度情况下的横轴漩涡历时概率分布,通过无量纲法分析形成与消散规律。结果表明,当输水流量低于稳定流量时,随着输水流量增加,横轴漩涡历时概率也随之增大;当输水流量高于稳定流量时,横轴漩涡历时概率随着输水流量增大而减小。当淹没水深低于稳定水深时,随着水深的增加,横轴漩涡历时概率随之增加;而当淹没水深高于稳定水深时,随着水深的继续增加,横轴漩涡历时概率则随之减小。横轴漩涡历时概率则随着溢流宽度的增大而呈现单调增加。通过综合相关理论分析和物理模型试验研究,总结分析了消除漩涡的措施,分别从掺气、淹没水深、溢流宽度等方面探讨了消除横轴漩涡的防治方法。本研究所得到的结论对工程中减弱或避免横轴漩涡的出现具有一定的参考价值,可为侧流式消能井的优化设计提供参考依据。

论文目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 问题的提出

1.2 水面漩涡的分类

1.3 漩涡对水利工程的影响

1.3.1 漩涡的危害

1.3.2 漩涡的利用

1.4 国内外研究现状

1.4.1 理论研究

1.4.2 试验研究

1.4.3 数值模拟研究

1.5 研究横轴漩涡的意义

1.6 本文主要研究内容

1.6.1 研究内容

1.6.2 技术路线

2 横轴漩涡的形成机理分析

2.1 漩涡的相关基本理论

2.2 侧部孔口漩涡拉伸的原因

2.3 漩涡的诱导

2.3.1 直线涡诱导速度

2.3.2 涡诱导涡

2.4 横轴漩涡形成机理

2.5 本章小结

3 横轴漩涡水力特性探究

3.1 研究方法

3.1.1 试验装置及测量设备

3.1.2 试验方法

3.2 拟序特性分析

3.3 气柱形态特性分析

3.3.1 基本形态

3.3.2 气泡脱离过程

3.3.3 体态变化过程

3.4 横轴漩涡成因分析

3.5 本章小结

4 横轴漩涡影响因素研究

4.1 研究方法

4.1.1 试验方法

4.1.2 试验结果的评价方法

4.2 试验结果与分析

4.2.1 输水流量对横轴漩涡的影响

4.2.2 淹没水深对横轴漩涡的影响

4.2.3 溢流宽度对横轴漩涡的影响

4.3 本章小结

5 侧流式消能井横轴漩涡防治方法研究

5.1 防治横轴漩涡的理论分析

5.2 防治横轴漩涡的方法

5.2.1 与掺气相关的防治方法

5.2.2 与淹没水深相关的防治方法

5.2.3 与溢流宽度相关的防治方法

5.2.4 其他防治方法

5.3 本章小结

6 结论和展望

6.1 结论

6.2 问题与展望

参考文献

附录: 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 史梦珊

导师: 万五一

关键词: 横轴漩涡,输水流量,淹没水深,溢流宽度,历时概率,防治方法

来源: 浙江大学

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: 浙江大学

分类号: TV135.2

DOI: 10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.002321

总页数: 84

文件大小: 6640k

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