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浅水垫消力池水力特性研究

李天翔  
【摘要】: 本文首先对水跃消能的应用和发展进行了回顾,针对常规消力池临底流速大、跃后水深高和消能率低等不足,提出了浅水垫消力池――常规消力池+浅水垫的消能概念。采用理论分析、模型实验和数值模拟的方法对浅水垫消力池水力特性进行了较为系统地研究,主要内容和研究成果如下: 1、运用动量方程,通过理论推导,得到了可考虑水流入池角度的浅水垫消力池跃后水深公式,并计算不同的相对浅水垫深度(S)下跃后水深随跃前佛氏数(Fr)变化的规律。从理论上揭示了浅水垫深度对流态的影响较大,浅水垫消力池跃后水深比相同来流Fr下的常规消力池的小,且随着浅水垫深度增加而减小。 2、通过比较本文推导的浅水垫消力池跃后水深公式和Katakam推导(β=1)突跌消力池的共轭水深公式,证明了Katakam推导的(β=1)共轭水深公式及常规水跃公式为本论文推导的理论公式的特例;同时指出了Katakam公式推导中忽略浅水垫下游台阶的作用力是不合适的,并通过数值模拟得到了进一步的证实。 3、对浅水垫消力池进行了27组次的模型实验研究,并对其典型工况进行了数值模拟,分析模型实验和数值模拟的流态特性后发现,相同来流及下游水位条件下,浅水垫消力池均能在消力池内形成稳定的水跃,而常规消力池只能形成远驱水跃,即相同来流及下游水位条件下其流态有明显差别。 4、分析27组次浅水垫消力池模型实验与数值模拟的压力特性,揭示了浅水垫消力池底板上压力分布与水垫塘底板压力分布相似,浅水垫消力池前部存在一压力冲击区,冲击区的时均压力随着入流角度的增大而增大,最大时均压


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