突扩跌坎型底流消能工水力特性研究

论文摘要

随着西部大开发战略的实施和西部地区经济开发的加快,必将激活西部地区丰富的水电资源,带动西部地区水能资源的开发。随着水电开发的不断深入,许多大型水电工程开始或即将兴建。这些工程大多具有高水头、大流量的特点,其泄洪消能是这些工程设计的关键技术难题,长期以来一直受到设计、科研和高等院校等部门的高度重视。一些对环境有特殊要求的大型水电工程,如向家坝水电站,不能采用雾化严重的挑流消能,只能采用雾化影响较小的底流消能,底流消能是一种传统的消能方式,是通过水跃产生的表面旋滚和强烈的紊动以达到消能目的,具有消能效率高、尾水波动小、泄洪雾化影响小等优点。但常规底流消能工应用于高水头、大流量泄洪工程时,底板和边墙的水力学指标较高,抗冲保护难度大,容易造成消能工的破坏,针对这些问题,前人进行了大量的研究工作,取得了丰硕的成果。论文总结了前人的研究成果及存在的问题,针对存在的问题,提出了突扩跌坎型底流消能工这一新型消能型式,与常规底流消能工相比,有效地降低了底板和边墙处的水力学指标,增加了消能工自身的稳定性,同时消力池内流态稳定,消能效率高等,由于突扩和跌坎的存在,消力池中的水流紊动更加剧烈,消力池中不同程度地出现了横轴旋滚和立轴旋滚。由于该新型消能型式具有显著的工程实践意义,而在国内外尚未有工程应用的实例,另外随着全社会环保意识的加强,国家对环保的不断重视,这种环保型的消能型式的推广应用更具有显著的社会效益。本文通过理论分析和水力学试验相结合的方法,对突扩跌坎型底流消能工的消能机理、流速分布规律及降低临底和临边墙流速机理、压力分布等进行了理论分析,对影响突扩跌坎型底流消能工水力特性的主要因素进行了分析研究,取得了一定的理论成果,采用水力学试验的方法,对消力池内的水力特性进行了研究,并验证了理论成果,重点分析了突扩段回流区立轴旋涡的水力特性,得出了临边墙流速和入池平均流速的关系式,并进行了验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 消能工的类型及在我国的发展现状
• 1.2.1 常规消能方式
• 1.2.2 新型消能工的发展
• 1.3 突扩跌坎型底流消能工的提出及研究意义
• 1.4 本文研究的目的及主要研究工作
• 1.5 本章小结
• 第二章 突扩跌坎型底流消能工水力特性及影响因素分析
• 2.1 引言
• 2.2 在消能过程中的基本流动现象
• 2.3 突扩跌坎型底流消能工消力池内流态分析
• 2.4 突扩跌坎型底流消能工的作用和消能机理
• 2.5 消力池内流速分布的研究
• 2.6 消力池内压力分布
• 2.7 影响突扩跌坎型底流消能工水力特性主要因素分析
• 2.7.1 跌坎深度的影响分析
• 2.7.2 尾水深度的影响分析
• 2.7.3 突扩比β的研究
• 2.8 消能率计算
• 2.9 本章小结
• 第三章 突扩跌坎型底流消能工水力特性的试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验研究的目的、内容及方法
• 3.2.1 试验研究的目的和内容
• 3.2.2 试验方法及测试内容
• 3.2.3 试验装置的制作、布置、测量方法和试验工况的拟定
• 3.3 试验成果描述与分析
• 3.3.1 突扩段水流结构研究
• 3.3.2 流场分析
• 3.3.3 回流长度
• 3.3.4 压力分布特性
• 3.3.5 特征流速分析
• 3.3.6 消能分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 突扩段回流区立轴旋涡水力特性分析
• 4.1 引言
• 4.2 立轴旋涡的定义及研究方法
• 4.3 立轴旋涡现象的分类
• 4.4 立轴旋涡形成原因及其影响分析
• 4.5 立轴旋涡运动水力特性分析
• 4.5.1 运动学基本方程
• 4.5.2 运动形式分析
• 4.5.3 立轴旋涡内流速分布
• 4.5.4 压力特性分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 主要结论
• 5.2 进一步工作的建议
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文以及参与的科研项目
• 致谢