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[硕士论文] 薛飞龙
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:金沙江、岷江水电枢纽调峰发电引起非恒定流下泄,致使叙泸段河道流量和水位相较于天然情况具有变化快、变幅大的特点,给航道通航、管理维护带来新的困难。本文采用实测资料分析和非恒定流数学模型作为研究手段,针对叙泸段河道非恒定流传播特性及其对航道要素的影响展开研究,包括非恒定流波高衰减、传播速度、流量和水位变化及与恒定流条件时的差异等,讨论河道不同平面形态对非恒定流传播影响,研究日调节非恒定流对航道尺度、流速和比降等水力要素的影响。取得主要结论如下:
  (1)宜宾常见非恒定流波高为0.8~1.5m,自水位波峰起向下传播至观音背历时约12~14h,波高衰减约为宜宾初始波高的1/2;非恒定流流量基值越大时,波的衰减坦化效果越不明显;沿程最低水位仅受流量基值影响,而与流量峰值大小无关;随传播距离增加,沿程水位最大日变幅整体呈减小趋势;
  (2)典型非恒定流传播周期约26h,波长约217.4km,平均传播速度为8.4km/h,且半个波长内波速沿程减小。非恒定流条件下沿程流量变幅大小仅与初始流量波幅以及周期有关,而与初始流量峰值、基值绝对大小无关。周期越短,衰减速率越快,衰减幅度越大。随着传播距离增加,流量变幅衰减趋势减缓,半个波长后衰减为初始流量变幅的54.2%~64.5%,水位波峰沿程下降、波谷沿程抬升,变化幅度逐步减小,但总的周期保持不变;
  (3)相较于恒定流条件,自宜宾流量波峰起沿程流量逐步减小,自波谷起沿程流量逐步增加,随着距离的增加,沿程流量变幅缩小,向平均值靠拢;水位变化与流量变化规律相似,非恒定流与恒定流时观音背水位差达2m左右;
  (4)顺直河道自上而下非恒定流波高逐步减小,波高坦化率逐渐增大,波的衰减速度加快。放宽型河道非恒定流波高快速下降,促进波的衰减坦化;束窄型河道水位沿程下降、波高衰减速率沿程减小,抑制波形坦化。在弯曲河道非恒定流波高变化与具体滩性及弯曲半径有关;
  (5)流量上涨水面比降跟峰增加,流量下降比降随谷减小;非恒定流产生的附加比降最大值出现上涨或下降段期间。流速与流量成正比,同一流量涨水阶段流速大于降水相应流速,沿程流速分布还与其断面形态有关。非恒定流作用产生附加比降时同时存在附加流速,通常上涨段其值为正,下降段其值为负。
[硕士论文] 张翔宇
水利工程;港口海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:三峡水库的建设对我国社会经济持续发展起着重要作用,而三峡水库运行以后入库泥沙呈现细化趋势,中值粒径在001mm左右。而细颗粒泥沙以往被归于冲泻质且不参与造床作用,且一旦落淤极难清理,对库区航道正常功能的发挥及维护带来极大的压力。因此,寻求细颗粒泥沙起动的临界条件及可用于三峡库区判断冲淤的水流条件判定指标,对于解决三峡库区细颗粒泥沙淤积问题以及理论研究都具有重大意义。
  本文采用二维水流数学模型与理论分析相结合的方法进行,对三峡库区黄花城河段冲淤变化进行了初步研究,主要成果包括:
  (1)通过分析黄花城河段实测2000-2012年的大断面水沙资料以及泥沙冲淤情况,可知三峡库区呈现出“多水少沙”的来水来沙特点且入库泥沙逐渐细化,库区年内总体冲淤规律为汛期和枯水期淤积、消落期冲刷。冲刷区域和淤积区域表现为间断性的交替分布,且依旧处于冲刷、淤积动态交替的变化中。
  (2)根据实测的2012年7-10月的黄花城水道连续时间序列地形数据,使用地形法绘制河段冲淤变化图,明确冲刷淤积分别对应的位置及冲淤厚度,并选取特征断面。同时建立二维水流数学模型,经现场试验数据验证后得到特征断面每个点冲淤厚度分别对应的水流条件。
  (3)根据各断面冲淤厚度建立水流条件冲淤梯度,寻找到各特征断面临界水深,并探究水深对于细颗粒泥沙起动的影响。
  (4)验证现有的挟沙力公式是否满足黄花城水道实际冲淤变化规律,率定黄花城水道判定指标公式参数,得到可适用于黄花城水道、能够代表冲淤变化的水沙条件判定指标f(v,h)=S-0.2×(v3/gRω)076。
[硕士论文] 孙建云
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:水流结构对河工模型试验的精度影响重大,床面加糙是河工模型试验中为保证阻力相似而采取的普遍方法,有间距加糙是最常用的床面加糙方式之一,因此开展有间距加糙床面水流运动相关问题研究具有重要的理论和实际意义。本文基于PIV测量试验结果,对光滑床面以及4种加糙床面的流速结构、紊动特性和加糙阻力进行研究,取得了以下成果:
  (1)有间距加糙床面明渠水流水力特性可分为颗粒区和粒间区,两个区域的各项水流参数差异较大。摩阻流速u*和理论床面位置的沿程分布均具有明显的分区特性:颗粒区u*普遍较小,而粒间区u*普遍较大;颗粒区的理论床面位置在颗粒顶部以下(0.15~0.35)d范围内变化,粒间区的理论床面位置在颗粒底部所在的光滑床面。
  (2)基于PIV水槽试验数据,研究了不同粗糙条件下纵向时均流速U的分布规律。结果显示时均流速流场呈现明显的条带状分布,时均流速分布与颗粒间距、颗粒直径以及排列方式关系较大。颗粒间距离越小,时均流速U越小;颗粒直径增大,时均流速减小;梅花形加糙床面的时均流速比矩形加糙床面的时均流速小,因此梅花形加糙对流速的影响较大。颗粒上游区域时均流速垂线分布呈现比较明显的对数分布,中下游区域基本呈现先稳定后增大的趋势。
  (3)光滑床面和粗糙床面近壁区纵向及横向脉动流速u、v均呈现清晰的高、低速条带结构。随着水深的增大,各类紊流事件的平均概率总体均呈先增大后减小的变化趋势;加糙颗粒对紊流事件概率的影响主要集中在颗粒顶部以下区域。床面加糙后,垂向脉动流速概率密度分布变化较小,而纵向脉动流速的概率密度分布变化较大,分布曲线变得更为尖陡,流速脉动范围更为集中。
  (4)阐述了紊动强度、雷诺应力、紊动能在不同水流条件和粗糙条件下的规律变化。结果显示纵向紊动强度呈现条带状分布,距离槽底越近,纵向紊动强度越大,在颗粒顶部上方1d范围内达到最大,然后逐渐减小;颗粒直径越大,纵向紊动强度越小。雷诺应力呈现先增大后减小的趋势,在颗粒顶部位置达到最大值;颗粒直径越大,雷诺应力越小。紊动能沿水深的变化规律与纵向紊动强度基本一致,最大值出现在颗粒顶部以下1d范围内;床面加糙颗粒直径越大,紊动能越小。相同流量条件下矩形加糙床面的紊动强度、雷诺应力和紊动能均大于梅花形床面。
  (5)相对当量粗糙度ks0与颗粒大小、间距、排列方式及水流条件等因素有关,当流量相同时,颗粒直径越大或排列间距越小,ks0平均值越大;床面相同时,流量越大,ks0平均值越小;在颗粒大小、间距及流量相同时,梅花形排列的ks0平均值要大于矩形。
  (6)颗粒区和粒间区的阻力系数f随ks0的变化均服从幂函数公式。当h/d较小、床面接近大尺度粗糙时,f随ks0的递增变化明显,随着h/d的增大,f随ks0的递增变化逐渐趋缓;在ks0相同的情况下,h/d越小,f增幅愈明显;在h/d和ks0相同的情况下,颗粒区的水流阻力系数要大于粒间区。
[博士论文] 张鹏
水利工程;水沙动力学 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:明渠湍流结构的研究已有悠久历史。因受水面比降、河床比降、河宽、尾水高度等多因素影响,对于明渠非均匀流的湍流结构认识还不充分,且明渠均匀流的湍流结构研究成果无法直接应用于非均匀流。而自然界大多数河流或渠道为非均匀流,涉及到非均匀流工程实践又迫切需要加深对明渠非均匀流湍流结构认识。因此,开展明渠非均匀流湍流结构研究,丰富了湍流基础理论,同时,对于相关工程领域有重要的实践意义。本文研究的主要目的在于加深对明渠非均匀流湍流结构的认识,采用高频率粒子成像测速系统(PIV)结合28m高精度变坡水槽,探索非均匀流的紊动统计特性以及湍流结构运动特征,提出非均匀流湍流结构运动模型。得到以下三个方面的主要成果:
  (1)在非均匀流紊动统计特性方面:结合理论分析与水槽试验结果表明:随减速流发展,摩阻流速沿程减小、雷诺应力在水深方向上的分布呈凸型曲线分布以及垂向速度紊动强度逐渐增加;加速流中摩阻流速沿程增加、雷诺应力在水深方向上的分布呈凹型曲线分布。非均匀流内区的垂线速度分布仍符合对数律。其中,卡门常数与非均匀流水深变化率(dH/dx)呈非线性关系,积分常数与非均匀流水深变化率呈线性关系,C=-336.02dH/dx+5.07。
  (2)在非均匀流湍流结构尺度特征方面:结合速度梯度张量与模式匹配法优点,运用区域生长技术,提出了改进的横向涡识别分析方法。基于功率谱、等速区域以及改进的横向涡识别分析方法,对非均匀流超大尺度结构、大尺度结构以及横向涡结构的尺度分布进行分析,结果表明:超大尺度结构、大尺度结构以及横向结构的尺度随非均匀系数增大而减小,横向涡结构普遍表现为椭圆形状,长短轴比值在1.4~1.7范围内;其涡密度与长短轴比值随非均匀系数增加而增大。
  (3)在非均匀流湍流结构瞬态运动特征及演变模型方面:采用基于互相关算法形成的大尺度结构追踪技术以及本征正交分解方法,对非均匀流超大尺度结构、大尺度结构以及横向涡结构瞬态运动进行分析,结果表明:超大尺度结构主要含能结构在随非均匀系数增大而减小,非均匀流大尺度高低速流团各自集中出现以及相互掺混出现,集群纵向尺度随非均匀系数增大而减小,横向涡结构由大尺度高低速流团相互运动而形成。提出了非均匀流湍流结构演变模型:以水面区下扫流为湍流结构运动主要驱动力;形成超大尺度流向涡结构、大尺度高低速结构;大尺度高低速结构相互运动产生横向涡、发夹涡包以及水面泡漩结构。
[硕士论文] 李贤玉
水利工程;水工结构工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:双层河道为一种新型河道,上层明渠构建亲水空间,下层箱涵排洪排涝。本文基于研究双层河道的一般工作特性及设计机理,开展双层河道土石混合体的物理特性和渗透性的室内试验;本文以巴南区龙洲湾B区双层河道为依托,结合室内试验指标,运用FLAC3D建立双层河道数值模型;分析了双层河道的渗流场特性,得出如下结论:
  (1)通过查阅文献和现有的双层河道工程,归纳总结了双层河道特点及适用条件,其回填土亦可作为水体的涵养体,实现以丰补欠和雨洪资源化。
  (2)基于室内试验指标及查阅相关文献,水土特征曲线选用Fredlund数学模型,渗透系数函数选用VG数学模型,利用SPAW软件分析得出水土特征曲线及渗透系数函数,并进行拟合分析。
  (3)双层河道的主渗流方向为垂直河道流向的方向。上层明渠未设防渗土工膜的双层河道,渗流量、最大正压值、最大负压值、下层涵洞排水孔排水量均与计算水深呈正相关。模型的浸润面及模型溢出点逐渐抬高,模型的浸润面的形态随着水深发生变化,从上下浸润面演变为左右浸润面。上层明渠未防渗土工膜的双层河道,这些指标与计算水深无明显相关性。
  (4)下层涵洞增设排水孔后,模型渗流量增大;越靠近排水孔增大,水力坡降值越大,孔隙水压力减小,对孔隙水压力具有消散作用。排水孔使浸润面降低,变化趋势更加的陡峭,模型溢出点降低。
  (5)上层明渠设防渗土工膜的双层河道,最大水力坡降值、最大负孔隙水压力增大;正孔隙水压力有效的减小;浸润面明显降低,地下水位与下层涵洞侧墙排水孔齐。
  (6)上层明渠中的水深上升速度增大,其渗流量、最大流速及最大正孔隙水压力先减小,后保持不变;最大负孔隙水压力保持不变;最大力坡降减小。上层明渠中的水深下降速度增大,其渗流量、最大流速及最大正孔隙水压力先增大,后保持不变;最大负孔隙水压力保持不变;对于上层明渠未设防渗的双层河道,最大力坡降减小,对于上层明渠设防渗的双层河道,最大力坡降保持不变。
  (7)上层明渠水位变幅时,其渗流量、最大正孔隙水压力及最大负孔隙水压力介于其水位变幅区间的静水位计算值,水位变幅的速度越大,其渗流特性越与其初始水位静水位渗流特性相似。
[硕士论文] 刘珺洁
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:加糙床面明渠水流结构是河工模型试验研究的重要内容,但目前相关研究仍较薄弱,也较缺乏基于全场瞬时流速试验资料的加糙床面明渠水流特性分析。为揭示床面粗糙对明渠水流结构的定量影响规律,采用不同直径的圆形玻璃珠制作了3种加糙后水流流速和紊动特性的变化特征,取得了以下主要研究成果:
  (1)确定了密排加糙理论床面位置,光滑床面的纵向平均流速大于粗糙床面的纵向平均流速,且加糙粒径越大,纵向平均流速越小,垂向流速也存在相同规律;纵向流速沿相对水深垂线分布为对数分布。
  (2)床面加糙会改变近壁脉动流速u、v的频率分布和组织结构,随着粗糙雷诺数Re*的增加,u变化范围逐渐减小;而v呈现相反的变化趋势;光滑床面近壁区呈现出清晰的高、低速条带结构,加糙后条带结构逐渐变得不规则甚至完全消失。
  (3)床面加糙对垂向紊动强度的影响总体大于纵向,加糙后纵向和垂向紊动强度相对值在内区呈现不同的变化规律,流量相同时,粗糙雷诺数Re*越大,纵向紊动强度越小,而垂向紊动强度越大;床面粗糙对内区水流有密排加糙床面,基于光滑床面和密排加糙床面明渠紊流PIV流场测试资料,探讨了抑制纵向紊动和加强垂向紊动的双重作用,而对外区水流有加强纵、垂双向紊动的作用。
  (4)无量纲雷诺应力、涡粘性系数和混掺长度随水深的增大均呈现先增大后减小的规律,加糙后内、外区的雷诺应力绝对值均增大,内区增幅尤为明显,雷诺应力增大的原因在于水流质点混掺强度和频次均增大。
  (5)不同工况紊动能相对值在内区差异明显,随着水深比η的增大,紊动能差异逐渐较小,在水面附近趋于一致;加糙后内区紊动能绝对值总体减小,而外区紊动能绝对值有所增大。
  (6)Q2、Q4事件是紊流产生和维持的关键过程,加糙后Q2、Q4紊流事件概率增大,高速流体清扫作用和低速流体喷射作用加剧,质点动量交换和能量传递增强,第2、4象限的雷诺应力和紊动能增大,增加了水流能耗,是水流阻力增大的原因。
[硕士论文] 杜思材
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:金沙江向家坝水电站和岷江梯级枢纽运行下泄的非恒定流在宜宾汇合后,产生新的非恒定流过程,水位日变幅达到3.5m。两江非恒定流过程给下游航道建设和维护带来了诸多不利的影响,且长江上游航运将长期面临这些问题。因此,有必要对长江上游高等级航道起点的宜宾进行水位变幅的预测,而开展两江非恒定流特性及耦合规律的研究是解决上述问题的先决条件。
  本文首先对金沙江向家坝、岷江高场和宜宾近4年的流量和水位过程进行了总结,得到各自的非恒定流特征;在此基础上,利用数学模型,分析了两江非恒定流沿程传播和汇合中比降、流速、波形等变化,获得了两江非恒定流的水流变化、波与波之间耦合的规律和波流相关关系。得到了如下结论:
  (1)2013~2016年,向家坝水电站日调节时间由1700个小时逐年增加到6000个小时,日调节流量为1660~4380m3/s,流量日变幅为0~1500m/s,水位日变幅主要在0~2m;岷江流量无明显规律,主要在600~1600m3/s,流量日变幅集中为150~800m/s,水位日变幅主要为0.16~1m;受两江影响,宜宾水位处于无规律变化中,2015年和2016年平均水位日变幅分别为0.3m、0.65m。
  (2)两江非恒定流沿程传播中,金沙江流量和水位由“方波”形逐渐变成“正弦波”形,而岷江基本不变;两江各种非恒定流波高沿程有升有降,在同一位置处变化趋势一致,但总体趋势减小;两江波高分布变化较大,金沙江1.8m和岷江1m以上的波高逐渐消失;两江非恒定流周期变化不大,金沙江相位基本不变,岷江向前推移2~3小时;金沙江非恒定流波速4.17~5.28m/s,岷江波速1.94~3.61m/s。
  (3)两江流动要素在汇合过程中均逐渐变化:金沙江比降先增大后减小,至河口上游4~6km达到峰值,2km附近基本为0,而岷江比降持续减小;越接近汇合口,两江流速越小。受汇流比、流量大小以及所处相位的影响,两江水流表现出不同特性。
  (4)宜宾非恒定流波是金沙江、岷江水流和波形耦合的综合结果,其中两江波-波之间要比波-流之间的影响大。两江非恒定流耦合过程中,波形变化主要发生在河口上游6km~2km,波高较小的支流沿程变化较大,甚至波形会翻转。金沙江、岷江中波高较大的支流对宜宾波形的影响较大,且两江波高差值越大,宜宾波形与该支流越接近,而波速、波长始终与岷江接近程度更高。当一条支流波高远大于另外一条支流时,两江上涨段、波峰、下降段、波谷之间叠加结果与前者保持一致;当两江波高相差不大时,不同相位叠加就会产生不同的结果。
[硕士论文] 李林
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:长江上游干支流航道崩滑灾害多发,航运安全受到严重威胁。本文从涌浪、水流特性、航道尺度三方面讨论崩滑灾害体对航道的影响。在巫山江段选取覆盖了小、中、大、巨型13个典型滑体,采用理论分析数值模拟等方法对崩滑灾害体入江后,从涌浪、水流特性的改变、航道尺度三方面对航道的影响进行分析。主要结论如下:
  1.滑坡涌浪对航道的影响
  通过13个滑坡体的涌浪高度、传播、爬高计算,涌浪高度最大为50.90m,最小为4.20m,大概确定巫山境内滑坡激起的涌浪高度的范围为4.20m~50.90m,对过往船只产生巨大影响,严重时甚至导致船舶倾覆。涌浪最远传播距离为25km,最小传播距离为5km,再根据船舶航行的极限波高,求得船舶航行限制距离,确定了涌浪威胁区域。根据涌浪的传播,计算出涌浪在崩滑灾害发生处爬高最大达到88.15m,爬高影响区域最大可达到24km,此处的爬高仍有2.46m,建议尽可能避免在存在有滑坡体附近建立水工建筑物,在威胁区域内沿程的水工建筑物,有考虑涌浪威胁的必要。
  2.崩滑灾害体对水流特性的改变
  (1)由于崩滑灾害体的存在,水流会有壅高现象。在崩滑堆积体上游区域,崩滑堆积体一岸水位高于对岸;在崩滑堆积体下游区域,崩滑堆积体一岸水位低于对岸。崩滑堆积体规模越大时,此现象越明显。
  (2)崩滑堆积体上游区由于壅水的作用,水流流速较小;在水流越过崩滑堆积体时由于水流下跌作用,此时流速最大,然后在崩滑堆积体下游区流速逐渐趋缓,但此时水流流速仍比上游流速大。
  (3)崩滑堆积体淹没程度较大的情况水流形态较为平稳;淹没程度较小的情况下,水流形态较为复杂,在崩滑堆积体下游区存在着回流区,同时还伴随着旋涡,不利于船舶通行,航道部门应当限制通航。
  (4)崩滑堆积体淹没程度较大的情况,水流流速变化小,且流速小于3m/s,可以安全通航;淹没程度较小的情况,崩滑堆积体水下游主流区流流速变化较大,流速超过3m/s,超过一般船舶安全通航最高允许流速,为安全考虑,此时航道部门应当限制通航。
  (5)在淹没程度非常小的情况,由于崩滑堆积体的挡水作用非常明显,会导致上下游水位落差非常大,船舶无法上、下行,这种情况下,航道部门应当断航。
  3.崩滑灾害体侵入航道对航道尺度的影响
  (1)通过计算,再结合水流特性的变化,巫山段崩滑堆积体侵入长江后,堆积体由于粒径过大,大部分粒径大于起动粒径18.74mm,因此大部分将残存在航道。
  (2)在145m水位,3/4规模堵江情况下,剧烈改变了航道尺度,导致航道无法通行以致断航;其他情况对航道尺度改变有限。
[硕士论文] 吴媛媛
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:河岸上的崩滑体滑动后侵入航道中,直接改变河床的形状,造成航道尺度不足甚至堵塞航道,这对于河道的行洪和航道的通航不利。因此有必要研究崩滑体在不同型式河道中的堆积特点,预测其对河道地形和通航条件的影响情况,为后期航道整治提供水下堆积体堆积特征的认识。本文应用理论分析和数值模拟手段对崩滑体在河道中的堆积情况进行研究,研究了崩滑体规模和河道型式对崩滑堆积体的形状和结构的影响,进而探讨了崩滑体堆积形态对航道尺度、流态的影响,主要结论如下:
  (1)将研究区河段概化为V型顺直河段,V型弯曲河段,U型顺直河段和U型弯曲河段四种河道型式。经过分析得出影响崩滑体堆积的因素主要有崩滑体的重心高程、体积大小、滑面坡度、物质组成和摩擦系数等。
  (2)对于U型和V型河道,U河岸坡度小于V型河岸的坡度,计算表明崩滑体在V型河道中的运动时间小于U型河道,崩滑体在河道中的运动时间受河岸坡度和河床宽度影响。当河岸坡度低于50°时运动时间主要受坡度影响,当坡度大于50°受运动时间河床宽度影响较大。当河岸坡度和河床宽度一定时可以用来判断崩滑体在河岸上的运动时间。
  (3)崩滑体在河岸上的堆积长度,随着坡度增加而呈现先增加后减小的趋势,即当坡度从20°增加到35°堆积长度增加幅度较快,当坡度超过35°时堆积长度随坡度增加的趋势变缓,在坡度达到50°后堆积长度随坡度增加呈现小幅度的减小。这是因为当坡度较小时,坡脚对崩滑体的约束较小,崩滑体初始加速度随坡度增大而较大,因而可以运动较长距离;当坡度增大到一定值时,坡脚的约束较大,河床宽度有限,导致崩滑体在河床上运动距离较小,堆积长度减小。这可以用来预测在河岸坡度已知的情况下崩滑体在河道中的成灾范围。
  (4)不同体积的崩滑体在河道中的堆积长度、堆积宽度和堆积高度随着崩滑体规模增大而增大,但是当体积大于8×104m3时,堆积长度、宽度和高度的增加趋势变慢,这主要是堆积体造成局部流速增大,水流冲刷导致大部分土石颗粒被水流带走。这可以用来判断不同规模的崩滑体在航道中堆积趋势,预测其对航道通航的影响程度。
  (5)崩滑体体积在百万立方米级别以下时,堆积参数对于研究区域河段的航道尺度没有明显的影响,但是对于航道的水流流场影响较大,使得堆积坝顶部最大流速达67m/s,上游壅水范围为200m~600m。对于弯曲河段,横向流速最大可达07m/s,局部横向比降最大可达8%,纵向比降局部可达13%,这对于船舶的驾驶安全造成极大的威胁。
[硕士论文] 王磊
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:长江上游河段为典型的山区河流,其特性是边界条件复杂、弯曲河段众多、弯道水流条件差。船舶在弯曲河段内航行时,受诸多因素作用做不规则的曲线运动。在弯曲航道中航行的船舶,受弯道环流的影响和平面形态的制约,较顺直航道中安全航行更加困难。本文通过对长江上游典型弯曲河段的实测航迹线资料进行统计分析,运用三维水流船舶耦合运动模型,分析了弯曲河段水力特性及其对船舶受力和运动的影响,得到了山区弯曲河道形态特征和水流条件对弯道有效航宽的影响方式。本文取得的主要成果如下:
  (1)统计了长江上游典型弯曲河段形态特征和船舶不同时间点测得的航迹线特征,得出长江上游典型弯曲河段形态特征,弯曲半径在560m~1470m之间,弯曲角范围在55°~145°之间,为概化模型水槽的建立提供依据。
  (2)通过三维水流数值模拟,研究了弯曲河段水流结构特性,分析了不同形态弯曲河段内不同流速、水深等参数对其水面超高和表面流场的影响。弯曲河道内水流结构的变化为船舶受力分析提供了依据。
  (3)通过水流船舶耦合运动数学模型,研究了弯曲河道弯曲半径、水流流速、水深等参数变化对船舶受力特征的影响,分析了不同条件下船舶在弯道内所受横向力和偏航矩等船舶航行参数的变化特征。
  (4)通过对不同条件下船舶航行状态参数分析,讨论了弯道弯曲半径、水深和流速条件的变化对船舶上行最大漂角和漂距的影响,进而建立弯道有效航宽与弯道形态特征参数的关系。
[硕士论文] 曾施雨
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:水下炸礁是航道整治工程中常用的施工方式。传统的水下爆破作业产生的巨大冲击波及有害的化学气体会造成水下生态环境的破坏,同时对鱼类的生存活动带来威胁。因此,研发一种环保清礁技术对于未来内河航运的绿色生态发展具有重要意义。
  本文提出一种将磨料水射流技术运用于水下切割礁石的新理念。采取理论分析与数值模拟相结合的方法,对淹没条件下磨料水射流喷嘴内外的流场分布特性进行了系统研究,总结得出如下几点主要研究成果:
  (1)本文分别建立了淹没条件下的纯水射流和磨料水射流的二维数学模型。通过对比分析得到,磨料水射流与纯水射流的流场分布特征大体相似,区别在于因为固相磨料与液相水的比重差异,导致了液固两相介质在整个射流演变发展的各个阶段中出现了不同程度的速度差。
  (2)针对锥直型喷嘴的收敛角角度、出口直径大小以及圆柱段长度三个重要结构参数,模拟计算了不同喷嘴结构尺寸情况下的淹没磨料水射流流场。通过对比分析喷嘴内外磨料水射流中轴线沿程位置以及水平截面处液固两相速度的具体变化,逐步优化了喷嘴结构尺寸。
  (3)模拟计算不同磨料密度、体积浓度以及粒径大小条件下的淹没磨料水射流流场,对比分析喷嘴外磨料水射流中轴线沿程位置以及水平截面处液固两相速度的具体变化。结果表明,相比于磨料粒径而言,磨料密度与体积浓度的改变对射流的影响作用更为明显。
  (4)模拟计算不同淹没水深情况下的磨料水射流流场,具体分析了环境围压对于射流中液固两相介质沿轴向和径向方向上速度分量的变化。结果表明,天然河流中的低围压环境不会对高压磨料水射流的演变发展造成明显干扰。
  (5)模拟计算淹没动水环境条件下的磨料水射流流场,具体分析了水流流速大小对于射流中液固两相介质沿轴向和径向方向上速度分量的变化。结果表明,水流的冲击作用会导致射流方向发生偏移,其中射流初始段受到的影响较小。
  (6)模拟计算不同靶距情况下的磨料水射流冲击流场,对比分析射流中液固两相的速度变化规律以及动压分布特性,最终确定了最优射流切割靶距范围为1.5~2.0cm间。
[硕士论文] 杜玉来
建筑与土木工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:初期雨水是降雨在降雨前期形成的,在降雨过程中,雨水淋洗大气中的废气和灰尘,在下垫面上,径流对道路、屋面和绿地进行冲刷,使初期雨水中含有大量的污染物,严重影响水体环境。本文以合肥市经济技术开发区为研究对象,研究了雨水径流的污染特征和初期雨水的截流比例;同时,根据实测的降雨事件建立了暴雨洪水管理模型(SWMM),对不同重现期下降雨的水质和水量进行了模拟,确定了调蓄池的容积。
  首先,对研究区域内雨水径流的水质水量特征进行了解析,确定了适合合肥地区的初期雨水截流量,并进行了污染物浓度相关性分析。现场实测了研究区域三场降雨的水质水量,通过分析污染物浓度特征,发现CODCr和SS受降雨强度影响,降雨强度越大,冲刷作用越强,其浓度越高;TN、TP和NH3-N浓度与雨前干燥天气期(ADWP)有关,ADWP越大,下垫面累积污染物越多,浓度越高。SS的降雨径流事件平均浓度(EMC)是《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A排放标准的9.43~69.38倍,CODCr、TN、NH3-N和TP的EMC值分别是《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅴ类水的2.00~6.44、2.98~8.25、1.47~5.15、2.13~3.18倍。质量比率曲线(MFFn)分析结果表明,集水区域的雨水存在初始冲刷效应,但初始冲刷效应不明显,应适当增大初期雨水截流比例;根据M(V)曲线,合肥市可按照雨水径流体积的40%-45%确定初期雨水的截流量。采用SPSS软件对各污染物浓度之间的相关性进行分析,结果显示TN和NH3-N、CODCr和SS极显著相关,二者之间的关系为三次函数时,回归性最好。
  其次,运用研究区域实测雨水水量和水质数据构建了SWMM模型。根据概化原则,将研究区一域概化为75子汇水区,76个节点,76条雨水管道和1个雨水排口。用2017年5月14日降雨事件的水量和水质数据对SWMM模型中的参数进行率定,并用2017年6月5日降雨事件的水量和水质数据对参数进行验证,表明构建的SWMM模型准确可靠。
  最后,在研究区域根据不同重现期建立降雨过程线,计算了研究区域内调蓄池的容积。随着降雨历时的增加,不同重现期下的降雨强度先逐渐增大,再逐渐减小;同时,重现期P越大,降雨量越大。重现期P=0.5a时,CODCr、SS、TN、NH3-N和TP浓度曲线均为先上升后下降的单峰型曲线;重现期P=1a、3a和5a时,节点处发生溢流,CODCr、SS、TN、NH3-N和TP浓度曲线均先上升后下降,再次上升后逐渐回落。根据《室外排水设计规范》(GB50014-2006)(2016年版),调蓄池容积最大为32400m3,综合考虑环境效益与经济效益,选定3年重现期计算调蓄池容积,并选择45%的雨水径流体积作为初期雨水的截流量,调蓄池的容积为53000m3。
[硕士论文] 孟栋梁
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:水库变动回水区分汊河道,既受上游来水来沙的影响,也受下游水库调度运行的影响,使河床长期处在调整过程中,且分汉河道由两支及以上的汊道组成,任一支汊的变化都将影响整个分汉系统,使其水沙特性较单一河道的更为复杂。各种因素的综合作用,造就了水库变动回水区分汊河道复杂的水沙环境,这势必会引起河道河床形态的不断调整,改变其分汊格局,从而影响该河段的航运、防洪及涉水工程等的安全和效益。因此,准确地了解并掌握此类河道的水沙特性,可为分析同类型河床演变规律、航道整治工程方案研究等奠定良好的基础,具有重要的理论意义和实际意义。
  文中以小南海-渣角河道为研究对象,运用二维水沙数学模型,从平面角度分析了水库变动回水区分汊河道的水沙特性变化。仅在枯水期时,研究河段受到水库回水的影响,水位普遍抬升,但升高幅度均不超过3m,航槽内的水流条件得到大幅改善。天然状况下,小南海河段各流量下的水动力轴线和输沙路径较稳定,分流区的横比降随流量的增加而逐渐增大;渣角河段水动力轴线和输沙路径则变化幅度较大,随流量的增大向左岸摆动,分流区横比降随流量的增加而逐渐减小。
  同时,借助分汊流三维概化数学模型,从空间上分析分汉流的水流结构特性以及主支汉河宽比、下游控制水深对空间水流分布特性的影响。分汉河道各支汉相当于一个弯曲型河道,由于离心力的作用,横断面会形成环流。主支汉河宽比影响着分流区的横比降,进而影响着口门区横流的发展,当主支谬河宽上比增大时,横流增强。下游控制水深影响着汉道环流的发展,只有当水深适宜时,环流充分发展,这有利于汊道的纵、横向输沙。
  在上述水库变动回水区分汊河道的水沙特性研究的基础上,提出了渣角河段滩险的整治方案,并运用二维泥沙数学模型预测工程河段10年后的冲淤变化情况。结果表明:挖槽区呈微冲刷状态,右汉回水沱及三角洲尾部有少量泥沙淤积,方案实施后河床整体稳定性较好。
[硕士论文] 韩正国
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2017(学位年度)
摘要:大尺度粗糙床面明渠水流在天然山区河流和河工模型试验中很常见,该水流的流速分布、紊动结构和阻力系数均异于小尺度粗糙床面明渠水流,大尺度粗糙床面水流特性研究对于山区河流开发与河工模型研究具有重要意义,但目前相关研究仍较薄弱,还有待深入,为此,本文通过水槽试验研究大尺度粗糙条件下颗粒形状、排列间距对明渠水流结构的影响以及梅花形加糙床面排列密度对明渠水流结构与阻力特性的影响,主要研究成果如下:
  (1)应用椭圆阈值法对基于多普勒效应测量的流速信号进行毛刺处理,采用db3小波阈值消噪法消除高频噪音,得到了高质量的流速数据。
  (2)各种形状的单颗粒周围水面均会形成开口向下的U形绕流波动。纵向流速平面分布在正方体和四面体周围呈椭圆形,在球体周围呈开口向上游的钟形。流速较小时,纵向平均流速在各垂线均呈线性分布;流速较大时,正方体颗粒下游纵向平均流速垂线分布先呈S形后呈线性分布,球体和四面体颗粒下游均呈线性分布,且3种形状下,越向下游,垂线上纵向流速分布越均匀。在低速情况下,正方体颗粒周围紊动强度垂线分布比较均匀,球体和四面体颗粒周围紊动强度从水面到槽底逐渐增大;流速较大时,紊动强度垂线均分布较为均匀。
  (3)横排双颗粒随着间距的增大,周围水面绕流波动形状会由1个U形变为2个U形,中垂面纵向流速垂线分布由线性分布变为均匀分布,且中垂面紊动强度变小;横排间距对纵向流速平面分布的影响存颗粒顶部以上时要比在颗粒项部以下时大。
  (4)纵排双颗粒会在上部颗粒下游沿程形成多个水面起伏的U形波动;纵排间距对双颗粒上下游纵向流速垂线分布和紊动强度影响较小,纵排间距的增大会减弱颗粒间的紊动强度。
  (5)梅花形加糙床面排列密度的增大会减弱水面波状起伏的波幅;纵向流速的纵向梯度与Fr正相关与散粒体排列密度负相关;纵向流速垂线分布为线性分布;紊动强度和紊动切应力在颗粒项部以上区域服从线性分布,3个方向脉动流速的均方根比较接近。
  (6)基于本文水流阻力试验资料,修正了Stefano Pagliara公式,得到新的大尺度粗糙床面水流阻力系数计算公式。
[硕士论文] 张雪
水利水电工程 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国城镇化建设进程的加快,洪涝灾害和水环境恶化等问题也随之加剧。为了更好地应对出现的问题,需要建设大批大型泵站。出水流道作为低扬程泵站的重要组成部分,如果流道内流态不良,会降低泵装置效率,甚至会威胁泵站的安全运行。虹吸式出水流道利用虹吸原理,断流方式简单可靠,但是工程投资较大,且断面形状复杂,设计尺寸不当易引起机组振动等不良现象。在我国已建的大型低扬程泵站中出水流道很多采用虹吸式,因此,本文选择研究优化虹吸式出水流道的水力性能具有重要的理论意义和实用价值。
  工程中设计出水流道往往需要设计人员花费大量的时间去绘制单线图。如果能够设计一个界面,用户只要提供流道主要控制尺寸就能得到相关单线图,这样就大大提高了流道绘制效率。因此,对出水流道的参数化二维绘图软件设计具有一定的工程实用价值。
  本文的内容分为两部分:第一部分是虹吸式出水流道优化设计研究,第二部分是流道的二维参数化绘图软件设计研究。
  虹吸式出水流道水力优化设计研究采用了流体力学Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型对虹吸式出水流道进行了数值模拟研究,其主要内容是:分析比较了虹吸式出水流道几何参数对流道水力性能的影响,包括:上升段倾角、驼峰断面高度、下降段倾角和出口断面宽度。在这些几何参数中,流道水头损失随着上升段倾角α的增大而呈现先逐渐减小后逐渐增大的趋势。驼峰断面高度对流道影响很大,随着驼峰断面高度H2的增大,流道水头损失是先减小后逐渐增加的。但由于流道驼峰断面高度的选择还要兼顾土建投资,所以也不宜过大,宜取在H2=0.88 D0左右。下降段倾角除了对流道水力性能有影响,还对工程土建投资有较大影响。下倾角值越大,流道水头损失就越大。出口断面宽度B3过大会引起虹吸式出水流道水头损失的明显增加,在B3大于2.31 D0时,B3与水头损失关系没有明显影响。
  在二维参数化绘图软件设计部分采用某种虹吸式出水流道线型设计方法,编制了设计主程序(主要由上升段、驼峰段、下降段和出口段四个部分组成)。以AutoCAD绘图软件作为绘图平台,运用Visual Basic语言与其做接口,编制了绘制虹吸式出水流道剖面图、俯视图。为了研究虹吸式出水流道几何参数和水力损失之间的函数关系,利用VB语言和MATLAB语言混合编程和多元回归模型,得到拟合方程和残差图。
[硕士论文] 王芃也
水利水电工程 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:泵站出水流道是泵站工程水工建筑物重要组成部分,对于低扬程的立式轴流泵装置,虹吸出水流道具有断流方式简单、水头损失较小等特点,因此在立式轴流泵装置的泵站工程设计中出水流道常采用虹吸出水流道。
  本文原泵装置模型是以某大型泵站泵装置模型为原型,其采用的出水流道形式为蜷曲式虹吸出水流道,能够较好的适应当地的地形条件,缩短了泵站纵向长度,从而节省了土建投资,具有较好的站身稳定性。目前,国内外对于蜷曲式虹吸出水流道的研究并不多,所以对该种类型的出水流道的水力特性还有待深入了解。
  本文采用CFX软件,对原泵装置模型进行数值模拟,计算结果表明:原泵装置模型进水流道轴向流速均匀度较高,流线平顺,但是出水流道流线整体较为紊乱,存在多处漩涡;其出水流道的水头损失主要来源于弯管段产生的水头损失;水流经过出水流道由于涡动能的回收,涡量逐步减小,但是流经出口附近时截面平均涡量有所增加,主要由于出水流道出口附近存在漩涡所致;对原泵装置模型进行外特性预测,将预测的结果与试验数据进行对比,两者整体趋势基本一致,在小流量工况下,预测结果比模型试验数据扬程略微偏小、效率稍微偏高,且差值很小,在设计工况附近及大流量工况高度吻合,表明计算结果可信。
  针对原泵装置模型出水流道存在的问题进行优化,根据各截面中心之间的距离与截面面积的分布关系,发现原泵装置模型出水流道出口截面明显偏大,可以通过抬高出水流道出口底部高程,从而减小出口截面的面积、改善流态、提高泵站运行的效率,同时可以减少工程量。针对原泵装置模型出水流道下降段进行优化,优化方案1的出水流道下降段流态得到了明显的改善,各典型截面的平均涡量降低,出水流道水头损失降低,出水流道出口截面的轴向流速均匀度提高13个百分点以上,泵装置运行效率在各个工况下,较原泵装置模型提高了0.19个百分点至2.05个百分点,高效区明显拓宽。
  对出水流道整体进行进一步优化,改变原泵装置模型驼峰段截面面积,保证了出水流道各截面中心之间的距离与截面面积呈近似线性分布,优化方案2很好的消除了原泵装置模型出水流道存在的多处漩涡,各典型截面的平均涡量得到了进一步的降低,出水流道的水头损失在各个工况下减少0.03m以上,出水流道出口截面的轴向流速均匀度达到了88%左右,提高了18个百分点左右,泵装置运行效率在各个工况下,较原泵装置模型提高了0.23个百分点至3.64个百分点,其中在在大流量工况下,效率提高最为明显。
  研究了来流扰动对进、出水流道流态和水泵性能的影响,由于机组不对称运行,水流不能平顺的流入进水流道,通过水力特性的对比,来流扰动情况下,进水流道进口截面流态变差,进水流道出口截面轴向流速均匀度有所降低,受其影响原泵装置运行的效率在各个工况下下降了0.26个百分点至1.24个百分点。出水流道的流态同样受到了影响,相较于原泵装置模型更加紊乱,漩涡范围扩大,各典型截面的平均涡量增大,进、出水流道及泵段水头损失都有所增加,出口截面轴向流速均匀度降低。在泵站的实际运行过程中应尽量避免机组的不对称运行、侧向进水等来流扰动的发生。
[硕士论文] 徐磊
水利水电工程 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:S形轴伸泵系统是一种流道呈S形的轴伸泵系统。S形轴伸泵系统在我国的建设应用较早,但由于性能欠佳、效率不高,难以满足节能等实际工程技术需要,所以应用发展缓慢。但该泵系统结构简单,维修方便,不受泵大小制约,可用于各种尺寸的轴流泵系统,如果能保证节能高效,应用前景十分广阔。
  近年来,一些学者研发了新型S形轴伸泵系统,使得这种泵系统突破了效率不高的瓶颈,并将其应用于工程领域。目前国内外学者对S形轴伸泵系统的水力特性已经有了一些研究,但还停留在对前置式或后置式单个形式的泵装置研究上,并没有文献对前置式和后置式这两种不同形式的泵装置的水力特性进行综合比较分析。
  副导叶是一种位于导叶后侧、处于出水流道内部的整流装置,它可以将出水流道中水流剩余环量进一步回收,从而改善出水流道的内部流态,减小水力损失。但在流道中加入副导叶势必会增大摩擦损失。目前,对于在装置内部加入副导叶能否提高装置性能还缺乏深入研究。
  本文采用CFX软件,分别对平面S形前置与后置轴伸泵装置进行数值模拟计算。根据模拟结果分析两种泵形式的内外特性,并进行对比分析。在两种泵形式的出水流道不同位置加入不同形状的副导叶,观察各个方案能否通过减小水流剩余环量来最终提高装置性能,并通过对比各个方案的装置性能,探索副导叶合适的安装位置与形状。
  数值计算结果表明:前置轴伸泵装置在Q=300l/s时效率最高,为76.67%,对应的扬程为3.088m,后置轴伸泵装置在Q=280l/s时效率最高,为76.85%,对应的扬程为3.448m。后置式在小流量工况时效率高于前置式,适用于偏小流量工况运行,前置式则是在大流量工况时效率更高,适用于偏大流量工况运行。小流量工况时后置式扬程高于前置式,功率则略低于前置式,大流量工况时前置式扬程较高,功率明显高于后置式。
  从两种泵形式进出水流道水力特性的对比中可以发现,后置式进水流道出口的流速均匀度在全工况下高于前置式,而进水流道水力损失则在全工况下小于前置式,进水流道水力特性更佳。两种泵形式出水流道水力损失在小流量工况时相近,设计及大流量工况时前置式更小。前置式导叶出口外周的环量在小流量工况时大于后置式,在Q达到300L/s后,两个泵装置的环量均趋近于0,截面上的正负环量相互抵消。从前置式出水流道中截取与后置式弯管相同长度的出水等效管,弯管与出水等效管水力损失皆在设计工况时取得最小值,弯管水力损失占出水流道水力损失的比重更大,弯管出口的环量在小流量工况时更小,大流量工况时更大。
  在平面S形前置轴伸泵装置出水流道不同位置处加入矩形以及流线形副导叶,比较流道的水力特性及装置的能量性能。结果表明:各方案中的副导叶均能有效地回收水流的剩余环量。相同位置的流线形副导叶方案的装置性能优于矩形副导叶方案。两种形状的副导叶方案总的趋势是离流道进口越远,装置性能越好。离流道进口一定距离处加入副导叶可以提高装置的性能。
  在平面S形后置轴伸泵装置的弯管出口以及出水流道出口加入流线形副导叶后,均能有效地回收水流的剩余环量,但装置效率均略微下降,同时,副导叶置于弯管出口的方案效率略低于副导叶置于流道出口的方案。根据对副导叶在两种泵形式中的尝试可以说明,在流道中设置副导叶虽能有效减小水流剩余环量,但并不一定可以提高装置效率。所以在其他形式的泵装置中使用副导叶能否有效需要进行验证。
[硕士论文] 常倩
水利工程 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:齿型堰和Z型堰作为新型堰,不仅能够用来挡水、泄水,而且具有良好的景观效果,与城市景观相融合,兼具挡水/泄水与城市景观的功能。但目前对于齿型堰水流特性的研究较少,对Z型堰未见到研究成果,致使在实际工程设计中泄流量计算无依据。因此,本文通过理论分析、物理模型实验对齿型堰和Z型堰的水流特性进行了初步的研究。
  在理论分析方面,利用能量方程推导得到齿型堰的流量公式,基于量纲分析法推导了Z型堰的流量公式。在物理模型实验方面,对不同体型参数和水力参数下齿型堰和Z型堰的流态特征、过流能力等方面进行了实验研究。首先观测了齿型堰和Z型堰的水流流态,并绘制了过堰水流水面线和堰后流速分布图;然后根据实测资料,比较和分析了不同流量、不同体型参数的齿型堰和Z型堰的过流能力及其影响过流的主要影响因素,并拟合出齿型堰和Z型堰综合流量系数的计算公式。综合以上研究,主要研究成果包括:
  (1)在自由出流情况下,齿型堰流与薄壁堰流类似,水流稳定,下游河道水流分布均匀;Z型堰流要相对复杂,下游河道水流分布不均。
  (2)齿型堰的过流能力小于与其低堰高度相同的直线正交堰的过流能力,齿越宽、齿越高过流能力越小;Z型堰的过流能力大于与其相同堰高的直线正交堰的过流能力,展宽比越大,过流能力越大。
  (3)研究结果表明,影响齿型堰流量系数的主要因素是堰顶水头与堰高之比、堰齿宽度和堰齿高度;影响Z型堰流量系数的主要因素是堰顶水头与堰高之比、展宽比和前后堰宽度比。
  (4)在自由出流情况下,综合考虑各影响因素对流量系数的影响,利用统计分析的方法分别得到了齿型堰综合流量系数计算公式、Z型堰综合流量系数计算公式,可供工程设计中过堰流量的计算使用。
[硕士论文] 张文静
水利水电工程 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,水利水电工程建设事业迅速发展,人们对水电工程建设的认识和关注不再仅仅停留在经济效益上,而是综合考虑项目建设对生态环境的影响。在此基础上,一种应用于高水头、大单宽流量工程的新型的消能工—跌坎消力池应运而生。该形式的消力池可以承担高水头、大单宽流量的消能任务,在水电工程中具有广阔的应用前景。本文采用理论分析、模型实验和数值模拟相结合的方法,对突扩式跌坎消力池内的临底流速、时均动水压强、脉动压强及消能效率进行了研究。主要研究成果及结论如下:
  (1)通过模型实验和数值模拟,对比分析了突扩式与无突扩式跌坎消力池的底板临底流速分布特点,得出突扩式跌坎消力池临底流速分布与无突扩跌坎消力池相比有显著不同,有突扩存在时最大临底流速所在纵断面为中线与边墙距离的1/2处。研究了突扩比、入池能量、尾坎高度、池长对突扩式跌坎消力池临底流速最大值的影响,得到了突扩式跌坎消力池最大临底流速与入池能量的经验公式。
  (2)基于模型实验实测数据,对比分析了突扩式与无突扩式跌坎消力池的时均动水压强分布以及最大时均动水压强分布特性,得出突扩式跌坎消力池时均动水压强在消力池底板上的分布与无突扩跌坎消力池有显著不同,有突扩存在时最大时均动水压强所在纵断面为中线与边墙距离的1/2处。研究了突扩比、入池能量、尾坎高度、池长对突扩式跌坎消力池底板及边墙上最大时均动水压强的影响,得出了其随各影响因素的变化规律。
  (3)分析比较了跌坎消力池与突扩式跌坎消力池的脉动压强分布以及最大脉动压强分布特性,得出了突扩式跌坎消力池较无突扩跌坎消力池脉动压强显著降低;研究了突扩比、入池能量、尾坎高度、池长对突扩式跌坎消力池底板及边墙上最大脉动压强的影响,得出了其随各影响因素的变化规律。分析了脉动压强波形,概率密度以及频谱特性。
  (4)分析了突扩式跌坎消力池的消能效果,研究了入池流量、突扩比、尾坎高度、池长对突扩式跌坎消力池消能效果的影响,得出了其随各影响因素的变化规律。
[硕士论文] 李明伟
水利工程 重庆交通大学 2017(学位年度)
摘要:山区河流上游修建水利枢纽工程,在获取发电效益的同时,枢纽工程阻断了洄游性鱼类洄游路线,对生态环境产生很大影响。研究鱼道池室水力特性对生态补救工程问题的解决具有重要的实际意义。本文分析和总结了国内外鱼道的种类,常用鱼道----竖缝式鱼道研究现状,以山区河流嘉陵江利泽航运枢纽工程鱼道为研究对象,运用物理模型方法分别对竖缝式鱼道典型段的池室结构和进口段结构进行研究。重点研究池室水深变化、池室结构变化(隔板形式变化和池室尺寸变化)和坡度变化对鱼道池室水流特性的影响,对比了圆弧弯道和直角弯道池室水力特性;以及进口段结构变化对进口段水流特性的影响。
  本研究主要内容包括:⑴典型段鱼道池室在推荐方案(休息室长10m,宽3m;池室长4m,宽3m;竖缝宽度0.5m,导向角45度;隔板长2.10m,宽0.30m;墩头长0.70,宽0.10m;隔板上游侧坡度77度,下游侧(即竖缝处)坡度45度;导板长0.70m,宽0.30m;导板上游侧(即竖缝处)坡度45度,下游侧坡度60度;底坡0.9766%。)条件下,鱼道竖缝最大流速为0.82m/s,平均流速0.80m/s,满足小于0.85m/s的设计要求,且沿程水面线较为平顺。⑵由圆弧和直角弯道方案的休息池水流条件对比分析成果表明,直角弯道方案条件下,由于直角边界对水流的阻挡和遮掩,相对于圆弧弯道方案形成的缓流区较宽,利于鱼类休息,建议相邻池室采用直角弯道方案连接。⑶推荐方案在鱼道和电站各种运行工况下,均满足鱼类上溯要求。⑷鱼道进口段局部物理模型试验研究得到鱼道进口段最终推荐方案:在设计方案的基础上,调整了鱼道进口右侧堤头线型和尺寸,其外侧改为反弧,头部成45度角斜切,鱼道入口外靠岸侧增设12m长直导墙,导墙左侧边壁内收以减小鱼道进口下游过水断面,之后以圆弧连接岸坡,鱼道进口宽度缩窄至2.5m,在进口右侧斜切边壁外每隔1.2m布置了两个隔流墩,墩尺寸为1.2m×0.8m,两头为半径为0.4m的半圆,鱼道底板201m高程向前延伸3.6m至导流墩以外,其后以1∶10坡连接至200m高程。
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