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弯道急流的改善措施研究

张银华  
【摘要】:在工程实际中,常因地质、地形、工程结构、枢纽整体布置等条件的限制需要设置弯道。水流进入弯道后将做曲线运动,在离心惯性力和重力的共同作用下,水流流态变得异常复杂。突出体现在水流失去平衡,产生凹岸高、凸岸低的横比降,而且弯道急流表面还将产生水冠较大的菱形冲击波。这些恶劣流态的存在,不仅要求设计的弯道边墙高度增大了许多,增加了工程量,而且在投入运行后,表现出弯道内的单宽流量、纵向流速、水深等沿横向分布极不均匀,出现冲淤并存现象。因此弯道急流的改善问题是实际工程中需要解决的具体问题。 在认识弯道水流运动基本规律的基础上,本文首先结合马家岩水库放空洞水工模型试验,提出了在弯道底部设置导流坎和在边壁设置导向翼的两种工程措施,并进行了试验分析比较。两者对减小弯道水面横比降、改善水流流态均有较好效果。特别是改善了弯道出口断面的水舌厚度和流速横向分布的均匀性,保证了末端挑流消能的稳定性和安全性。 随着对弯道急流问题的进一步研究,本文依据河道治理的疏导思想,提出了一种凸岸(内弯)渠底升高、凹岸(外弯)渠底降低的“反超高”渠底形式的弯道,简称“反超高渠底弯道”。并根据体积等量原理和急流冲击波的反射原理,给出了“反超高渠底弯道”的水力设计方法。 最后,本文对“反超高渠底弯道”进行了试验研究,进一步验证了本文提出的新型弯道—“反超高渠底弯道”对改善弯道急流流态、降低水面横比降有显著效果。这种新型弯道结构形式简单、表面体形流畅,在实际工程应用中,不仅施工方便,而且运行维护也简单。因此,“反超高渠底弯道”易于被实际工程接纳采用,具有实际推广应用意义。


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