宽尾墩—消力池水动力特性研究

论文摘要

宽尾墩和底流的联合运用,其消能的基本原理是:除了堰顶冲击射流交汇掺气消耗一小部分动能外,大量的动能系由相邻水股在反弧段向两侧坦化并在水垫中碰撞掺混,从而在消力池内形成三元水跃,大大加强水流自身的紊动剪切作用来进行消能。由于紊动水流的内部机理尚未充分认识,仅从理论上研究水流脉动压力困难很大,因此对于工程中亟待解决的相关问题,目前主要还是借助水工模型试验进行研究。本文以四川官地水电站“溢流表孔宽尾墩+连续跌坎+底流消力池+中孔挑流”消能方案的水弹性模型试验为依托,在总结前人研究成果的基础上,主要研究“宽尾墩+底流消力池”情况下的反弧段和消力池水流特性和底板的受力。以下是本文的主要工作:（1）对Y型宽尾墩下各工况时溢流坝反弧段和消力池的水流流态进行观测;对时均压力、底板上下表面脉动压力和底板上举力进行时域、频域、幅值域以及相关性的分析。（2）对不同体型宽尾墩（X型和Y型）下溢流坝反弧段和消力池的时均压力、脉动压力和底板上举力进行对比分析,研究不同形式宽尾墩对溢流坝反弧段和消力池的水流参数以及对底板上举力的影响。（3）对X型宽尾墩下缘开口高度进行改变,研究下缘开口高度大小对实验结果的影响。（4）考虑到原来底板块厚度较大安全系数较高,研究减小底板厚度以后底板上举力的变化。（5）由于模型试验本身和测试装置有其局限性,对复杂水流流场相关信息的获得是有限的,本文在模型试验的同时借助数值模拟技术对溢流坝反弧段和消力池水流流场进行模拟,以弥补试验之不足。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 宽尾墩
• 1.2.1 宽尾墩消能工的发展
• 1.2.2 宽尾墩水流流态和基本特点
• 1.3 底流消能
• 1.3.1 底流消能发展应用
• 1.3.2 跌坎式底流消能
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 宽尾墩－消力池的水力特性
• 2.1 宽尾墩的水力特性
• 2.2 宽尾墩联合消能工的消能机理
• 2.3 底流消能原理
• 2.3.1 底流消能的机理和消能率
• 2.3.2 水跃方程
• 2.3.3 底流消能的衔接形式
• 2.4 底板稳定
• 2.5 本章小结
• 第三章 试验方案及Y 型宽尾墩－消力池的水动力特性
• 3.1 模型试验
• 3.1.1 工程概况
• 3.1.2 模型布置、制作与测试装置
• 3.1.3 试验的内容和方法
• 3.2 试验数据的采集与分析
• 3.2.1 随机信号的采样与分析
• 3.2.2 时均压力分析
• 3.2.3 脉动压力分析
• 3.2.4 空间相关特性
• 3.2.5 底板上举力分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 X 型宽尾墩－消力池的水动力特性
• 4.1 宽尾墩体型调整
• 4.2 X 型与Y 型方案实验结果对比分析
• 4.2.1 反弧段
• 4.2.2 消力池
• 4.3 X 型宽尾墩不同开口高度试验结果对比
• 4.3.1 时均压力
• 4.3.2 脉动压力
• 4.4 本章小结
• 第五章 底板厚度对上举力和底板下表面脉动压力的影响
• 5.1 底板上举力
• 5.1.1 不同板厚上举力对比
• 5.1.2 不同工况上举力对比
• 5.1.3 不同下游水深上举力对比
• 5.2 底板上下表面脉动压力
• 5.2.1 脉动压力分布
• 5.2.2 概率分布
• 5.2.3 空间相关
• 5.2.4 频谱分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 消力池水流三维数值模拟
• 6.1 控制方程和解法
• 6.2 数学模型的建立
• 6.3 边界条件及网格划分
• 6.4 计算结果分析
• 6.4.1 流场分析
• 6.4.2 脉动压力分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 硕士期间参加科研情况
• 致谢