大变幅流量下溢洪道水力特性试验研究

论文摘要

溢洪道设计的主要目的是满足泄流及消能要求,T形墩消力池结构稳定,不仅可显著提高消能率,还可缩短池长、提高经济效益。本文提出了一种新型消能工：设带防挑盖板的T形墩,所设防挑盖板可防止高速水流撞击T形墩前墩后出现飙升,这种新型消能工,能够解决大变幅流量下底流型消能问题。本文在室内模型试验的基础上,结合理论分析,除校核溢洪道泄流能力之外,重点对T形墩结构改进和体型优化进行了研究。主要取得的研究成果有：1.给出了堰流时库水位与流量的关系曲线,不同开孔数时闸门开度与流量的关系曲线,可供实际工程参考。研究了菱形冲击波影响下,泄槽水面线变化规律；并推导了菱形冲击波水力参数的计算式。2.推导了T形墩消力池的水跃方程、阻力系数、墩坎阻力及消能率的计算式,并进行了验证,在试验条件下,可用于实际工程计算。此消能率计算式,对矩形、梯形消力池,坎后高程与池底高程相等、不相等的情况均适用。3.确定了此模型试验条件下,T形墩消力池最佳池长为52.5 m.。T形墩最优结构及参数：(1)T形墩设防挑盖板,给出了防挑盖板的最优参数；(2)T形墩最优墩型：支腿梯形,前墩弧形。并给出了其具体型式及尺寸图。(3)得出影响T形墩消能效果的重要因素：阻塞率、相对墩位,前墩最大阻水面积不宜超过50%,相对墩位即消力池入口至T形墩前墩的距离与池长之比宜为0.73。入池佛汝德数是影响消能率的主要水力参数,给出了T形墩消力池消能率与入池佛汝德数的关系。4.给出了T形墩消力池内流速分布规律。通过分析流速,研究了T形墩发生气蚀的可能性,从气蚀角度,给出了相对优化墩型。给出了空化数σ的计算式,及建议泄槽段设置掺气设施的位置高程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究本课题的目的与意义
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 研究目的与意义
• 1.2 本文的研究内容与方法
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 溢流堰及泄槽泄流
• 1.3.2 辅助消能工类型及研究现状
• 1.3.3 T形墩研究现状
• 1.3.4 T形墩消能机理及突出优点
• 1.3.5 T形墩设计计算理论
• 1.3.6 T形墩气蚀研究进展
• 第二章 试验概况
• 2.1 溢洪道模型设计与制作
• 2.1.1 原型工程概况
• 2.1.2 模型设计
• 2.1.3 模型制作
• 2.1.4 模型验证
• 2.2 试验目的及内容
• 2.2.1 试验目的
• 2.2.2 研究内容
• 2.3 试验组次安排
• 2.3.1 试验参数
• 2.3.2 试验组次安排
• 2.4 试验方法
• 2.4.1 流量观测
• 2.4.2 泄槽及消力池水深测量
• 2.4.3 消力池内流速测量
• 2.4.4 库水位的观测
• 第三章 溢流堰及泄槽泄流能力研究
• 3.1 溢流堰泄流能力
• 3.1.1 堰流泄流能力
• 3.1.2 闸孔出流泄流能力
• 3.2 泄槽泄流能力
• 3.2.1 泄槽水面线变化规律
• 3.2.2 泄槽水面线菱形波的理论分析
• 3.2.3 试验验证
• 3.3 本章小结
• 第四章 T形墩消力池水力特性的理论分析
• 4.1 T形墩消力池墩坎阻力及水跃方程
• 4.1.1 T形墩阻力及阻力系数
• 4.1.2 T形墩消力池水跃方程
• 4.2 T形墩消力池消能率
• 4.3 试验验证
• d'>4.3.1 T形墩阻力系数C_d
• 4.3.2 T形墩消力池消能率
• 4.4 本章小结
• 第五章 T形墩消力池消能效果的试验分析
• 5.1 池长对消能效果的影响
• 5.2 防挑盖板对消能效果的影响
• 5.2.1 有无防挑盖板对消能效果的影响
• 5.2.2 防挑盖板向前伸长长度对消能效果的影响
• 5.3 墩型对消能效果的影响
• 5.3.1 墩长对消能效果的影响
• 5.3.2 T形墩型式对消能效果的影响
• 5.3.3 消能率与入池佛汝德数的关系
• 5.4 本章小结
• 第六章 T形墩消力池内的流速分布
• 6.1 T形墩消力池的流速分布
• 6.1.1 墩前最大流速与发生气蚀临界流速的比较
• 6.1.2 池底最大流速与流量的关系
• 6.1.3 池底流速沿池长的分布规律
• 6.1.4 墩前流速随水深的变化规律
• 6.2 气蚀的理论分析
• 6.2.1 气蚀的理论计算
• 6.2.2 泄槽段空蚀研究
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 T形墩消力池发展前景与应用
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历
• 石河子大学硕士研究生学位论文导师评阅表