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跌坎消力池水力特性研究

秦翠翠  
【摘要】:本文首先对基本消能方式进行比较,虽然底流消能工消能率高、对岸坡冲刷轻微、雾化范围小,但其临底流速、脉动压力大,己成为制约其发展的主要因素。本文研究的跌坎消力池,入池水舌以淹没冲击射流形式到达池底,水舌下方形成反向旋滚,上方形成大尺度水跃,主流与底板间存在一定厚度的“水垫”,因而降低了水力学参数值。 为研究跌坎消力池水力特性,本文采用1:50模型试验与数值模拟方法对某工程跌坎消力池流态、临底流速、时均压强、冲击压强、脉动压强及上举力特性进行分析。在此基础上,改变消力池体型,重点分析体型参数对水力特性影响,为工程中优化跌坎消力池体型提供参考。主要研究成果及结论如下: 1.通过数值模拟方法,得出跌坎面上压力不完全服从静水压力分布规律。采用Katakam分析方法,应用动量定理及能量方程推求出了有入池角度的跌坎突扩消力池共轭水深比、消能率计算表达式。应用π定理,分析最大临底流速、最大脉动压强、冲击压强、最大上举力与来流条件及体型参数之间的关系。 2.流量较小时,跌坎消力池内仅能形成混合流流态。随着流量增大,池内流态逐渐转化为底流流态;由于跌坎作用,池首形成类似挑、跌流水垫塘的冲击压强,其值及底板最大临底流速均与流能比成线性正比关系;脉动压强基本于射流冲击点位置形成最大值,其值比常规消力池降低约50%。上举力降低约5-9%。改变跌坎高度及入池角度比改变跌坎形状对消力池水力特性的影响要大。 3.改变跌坎坡度影响反向旋滚运动范围;改变跌坎高度直接影响射流扩散长度;改变池长主要影响消能水体体积。采用数据拟合方法,得到水力学参数最大值与体型参数之间的关系曲线。通过改变体型参数,发现当其值超过一定范围后,临底流速及时均压强最大值将保持不变。


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