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表面不平整突体升坎水力特性与海流能转换器的试验研究

张旭  
【摘要】:本学位论文分为两部分内容,一部分为表面不平整突体升坎水力特性的研究,另一部分为海流能转换器的研究。 随着世界在建或待建的泄洪建筑物高度的增加,高速水流空化空蚀成为水利界普遍关注的问题。受施工条件等客观因素限制,在溢流坝、泄洪洞、陡槽等泄洪建筑物中普遍存在不平整突体,高速水流流经不平整突体时,极易诱导空化,当空穴流由低压区流到压力升高区便会产生空蚀破坏。为了减免高速水流空化产生的空蚀破坏,经济而有效的措施是在低压空化区上游设置掺气设施强迫掺气。半个多世纪以来,在泄水建筑物过流壁面掺气减蚀措施方面研究的比较普遍深入,但关于掺气浓度与空化空蚀各相关量之间的对应关系的研究成果尚十分贫乏,有待在理论研究上有一个突破性进展。 本文第一部分主要对不平整突体--垂直升坎所诱导的空化区掺气特性进行了系统的试验研究。在浙江工业大学水力学实验室的直流式水洞中利用三维粒子图像测速仪(PIV)等先进的量测技术,在不同的掺气浓度条件下,对空化区流速场和压力场进行了测量与分析。通过试验研究了高速掺气水流流经垂直升坎时的空化区流场结构,得出空化区垂向流速、纵向流速随掺气浓度变化的关系,以及水流压力、水流空化数随掺气浓度的变化关系,并对掺气减噪进行了初步的分析;最后论述了水流速度为50米每秒量级的高速掺气水流的音速、激波等可压缩流特性。 本文第二部分为海流能转换器的研究。海流能是一种清洁、可再生的能源,利用方式主要是发电,其原理和风力发电相似。开发海流能不仅可以缓解我国的能源压力、调整能源结构,同时也有利于我国的环境保护。鉴于我国目前对海流能研究的缺乏和海流能本身存在的不足,本文对海流能能量转换系统进行了研究,提出两种海流能转化器,能够有效提高输入涡轮机的能量,为更好的利用海洋能提供了有力载体。本试验研究成果可在海流能发电中得到广泛应用,将有效缓解沿海地区能源危机,为低速海流能的开发提供更广阔的前景。


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