论文摘要
s随着我国西部大开发的深入,水利工程已进入高水头大单宽流量的工程领域,选取何种消能方式越来越成为水利界较为关注的话题。高扩散低收缩差动式挑流消能工结合了扩散式、窄缝式和差动式三种挑流型式坎型的优点,既可以用于高水头、大单宽流量宽浅式岸边溢洪道,也可以在狭窄河谷的高拱坝工程中应用,具有广泛的工程应用特色。在前期研究的基础上,本文通过理论分析和模型试验对高扩散低收缩差动坎体型参数进行优化,研究内容及相关成果如下：(1)对分流比kq进行研究,分析入坎宽度比kB、收缩比β、入坎单宽流量q和入坎Fr对高扩散低收缩差动坎水力特性的影响,得到了分流比kq与入坎宽度比kB、收缩比βs、入坎单宽流量q和入Fr间的相关关系。研究结果表明,随着kB的增大,kq随之增大；随着βs的增大,kq随之减小；入坎单宽流量q在一定范围内变化时,随着q的增大,kq随之增大；入坎Fr对kq影响较小。(2)对高、低坎水舌挑射规律进行了研究,引入当量挑距ξL和高、低坎水舌入水总扩散宽度B’评价水舌的挑射及扩散程度,ξL越大表示水舌挑射距离越远,B’越大表示水舌扩散越充分。通过因次分析法对试验结果进行分析发现：入坎宽度比kB的改变对水舌挑射影响较小,随着入坎宽度比kB、收缩比βs的增大,当量挑距ξL值减小；随着入坎单宽流量q和Fr的增大,ξL及B’越大。(3)研究了挑坎坎内压力分布,结果表明：高坎坎面中线压力呈单峰型曲线分布,低坎坎面中线压力呈双峰型曲线分布。入坎宽度比kB较小时,低坎底板最大压力主要受反弧段离心力作用,入坎宽度比kB较大时,低坎底板最大压力主要受入坎宽度比kB作用；入坎单宽流量q越小,出口侧壁收缩引起的水流顶托作用导致低坎中线压力分布呈明显双峰型,当入坎单宽流量q增大到低坎出口水面线高于高坎侧壁时,出口处对上游水位的壅水作用不明显,故低坎中线压力分布逐渐趋于单峰型分布。对高坎侧壁的初生空化数墨的研究可知,高扩散低收缩差动坎的初生空化数Ki远小于矩形差动坎,抗气蚀性较好。(4)研究了水垫塘底板压力分布和底板时均冲击压强。随着入坎单宽流量q的增大下游水垫塘底板压力越大,最大冲击点产生的位置距挑坎出口越远,底板产生的冲击压强也越大。采用△Pm/(γL)值来反映挑射水舌对底板冲刷的综合影响因素,其值越小,表明下游底板所受冲击压力越小,最大冲击点产生的位置离挑坎越远,挑坎的安全性和下游底板的压力分布状况越好。在本文研究条件下,当0.167≤kB≤0.458时水垫塘底板的压力分布情况较好,△Pm/(γL)值较小。(5)以当量挑距彘、挑坎侧壁的初生空化数Ki以及冲击压力系数△Pm/(γL)作为目标函数ψ的主要影响因素,利用BP神经网络的方法对高扩散低收缩差动坎的最优化目标ψ进行预测,ψ值越大,表示挑坎综合水力特性越好。研究结果得到了不同入坎单宽流量q下坎型参数的选取规律,当入坎宽度比kB介于0.4～0.5范围时,最优目标函数ψ达到最大,挑坎综合特性达到最优,对实际工程中高扩散低收缩差动坎坎型的选取具有一定的指导意义。
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标签：高扩散低收缩差动坎论文; 入坎宽度比论文; 入坎单宽流量论文; 体型优化论文; 神经网络论文;