台阶式泄水建筑物水力特性试验研究

论文题目: 台阶式泄水建筑物水力特性试验研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 水力学及河流动力学

作者: 田嘉宁

导师: 李建中

关键词: 台阶式,模型试验,水力特性,泄水建筑物,临界水跃,消能率,脉动压强,自掺气

文献来源: 西安理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 台阶式泄水建筑物作为一种新型结构,在水利工程、城市景观设计、河流防沙、鱼道工程等领域受到世界各国同行的重视,但是其属于水气两相流动,加之边界条件复杂,至今还有许多水力特性尚未弄清楚,本研究对台阶式泄水建筑物的水力特性进行了系统的试验研究,得到如下研究成果: 1 作者首次分析了台阶式泄水建筑物在跌落水流和过渡水流条件下,产生挑射水流的机理、挑射水流的范围以及和台阶高度及泄槽坡度的关系,探讨了减小和消除挑射水流的办法和途径,提出了形成挑射水流的最大和最小界限的经验性公式。 2 作者对台阶式泄水建筑物的流况进行了分类,提出了跌落水流、过渡水流和滑行水流的界限,这在国内尚属首次。 3 台阶式泄水建筑物(泄槽坡度θ=5.7°～60°)在各流况条件下,台阶段的消能率与泄槽坡度、来流量成反比、与相对坝高成正比。提出了计算跃前断面和跃后断面消能率经验公式,该公式考虑了跃前断面流线弯曲使消力池地板压力增大的影响。当泄水建筑物高度和坡度一定时,台阶个数不影响消能率大小。随泄槽坡度增加水跃段的消能率增大。 4 首次对作用在台阶式泄水建筑物(泄槽坡度θ=40°～60°)台阶竖直面和

论文目录:

1 绪论

1．1 台阶式泄水建筑物的应用概况

1．2 台阶式泄水建筑物的研究现状

1．2．1 台阶式泄水建筑物台阶段的水力特性

1．2．1．1 台阶段的时均压力和流速

1．2．1．2 台阶段的掺气特性

1．2．1．3 台阶段的摩阻力系数

1．2．2 台阶式泄水建筑物下游消力池水力特性

1．2．3 台阶式泄水建筑物的消能特性

1．2．4 台阶式泄水建筑物在其它方面的研究

1．2．5 台阶式泄水建筑物水力特性的仿真分析

1．3 台阶式泄水建筑物研究存在的问题及今后发展方向

1．3．1 台阶式泄水建筑物研究中存在的问题

1．3．2 台阶式泄水建筑物今后研究的方向

2 本文研究的内容及方法

2．1 研究内容

2．1．1 台阶式泄水建筑物流况

2．1．2 台阶式泄水建筑物消能率

2．1．3 台阶式泄水建筑物时均压力

2．1．4 台阶式泄水建筑物脉动压力

2．1．5 台阶式泄水建筑物初始掺气位置

2．1．6 台阶式泄水建筑物消力池水跃特性

2．1．7 城市景观设计

2．2 研究方法

2．2．1 研究方法

2．2．2 模型设计的理论根据

2．2．3 模型设计及组合

3 台阶式泄水建筑物的流况

3．1 流况分类

3．2 泄槽中的挑射水流现象

3．2．1 挑射水流形成的机理

3．2．2 挑射水流与台阶高度h的关系

3．2．3 挑射水流与泄槽坡度θ的关系

3．2．4 挑射水流产生的临界范围

3．2．5 避免产生挑射水流的途径

3．3 台阶上的贴壁流现象

3．4 本章小结

4 台阶式泄水建筑物的消能

4．1 台阶式泄水建筑物的消能率

4．1．1 计算消能率的基本公式

4．1．2 跌落水流的消能率

4．1．3 过渡水流的消能率

4．1．4 滑行水流的消能率

4．1．5 各流况消能率比较

4．1．6 台阶段消能率与总消能率比较

4．2 台阶个数对消能率的影响

4．3 压力修正系数λ对消能率的影响

4．4 单宽流量对消能率的影响

4．5 本章小结

5 台阶式泄水建筑物的时均压强

5．1 台阶式泄水建筑物时均压强测孔布置及量测

5．2 台阶水平面上的时均压强

5．2．1 跌落水流时台阶水平面上的时均压强

5．2．2 过渡水流时台阶水平面上的时均压强

5．2．3 滑行水流时台阶水平面上的时均压强

5．3 台阶竖直面上的时均压强

5．3．1 跌落水流时台阶竖直面上的时均压强

5．3．2 过渡水流时台阶竖直面上的时均压强

5．3．3 滑行水流时台阶竖直面上的时均压强

5．4 本章小结

6 台阶式泄水建筑物的脉动压强

6．1 台阶式泄水建筑物脉动压强量测

6．2 沿程各台阶上的最大瞬时压强

6．2．1 沿程各台阶水平面上的最大瞬时压强

6．2．2 沿程各台阶竖直面上的最大瞬时压强

6．3 沿程各台阶上的最小瞬时压强

6．3．1 沿程各台阶水平面上的最小瞬时压强

6．3．2 沿程各台阶竖直面上的最小瞬时压强

6．4 沿程各台阶上的脉动压强强度

6．4．1 沿程各台阶水平面上的脉动压强强度

6．4．2 沿程各台阶竖直面上的脉动压强强度

6．5 本章小结

7 台阶式泄水建筑物的初始掺气

7．1 台阶式泄水建筑物的掺气

7．2 台阶式泄水建筑物的掺气观测结果

7．3 台阶式泄水建筑物初始掺气位置Li

7．4 初始掺气位置比较

7．5 本章小结

8 台阶式泄水建筑物的消力池特性

8．1 台阶式泄水建筑物水跃长度

8．2 台阶式泄槽和光面泄槽水跃长度比较

8．3 台阶式泄水建筑物消力池水跃段底板压力特点

8．3．1 跌落水流水跃段底板的相对压力

8．3．2 过渡水流水跃段底板的相对压力

8．3．3 滑行水流水跃段底板的相对压力

8．4 本章小结

9 城市景观设计

9．1 城市景观设计的标准

9．2 模型试验中各图例分析

9．2．1 不适宜作为景观设计的图例

9．2．2 适宜作为景观设计的图例及流量界限

9．3 本章小结

10 结论

10．1 主要结论

10．2 存在问题及今后的研究方向

致谢

参考文献

附录

博士学习期间发表的论文、著书

承担的研究课题及获奖

发布时间: 2005-12-23

参考文献

• [1].重叠布置泄水建筑物脉动压力特性大涡模拟研究[D]. 王旭.天津大学2013
• [2].泄水建筑物控制转换段水力特性与体型优化研究[D]. 许文海.西安理工大学2007

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