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突扩跌坎型底流消能工水力特性研究

王立辉  
【摘要】:随着西部大开发战略的实施和西部地区经济开发的加快,必将激活西部地区丰富的水电资源,带动西部地区水能资源的开发。随着水电开发的不断深入,许多大型水电工程开始或即将兴建。这些工程大多具有高水头、大流量的特点,其泄洪消能是这些工程设计的关键技术难题,长期以来一直受到设计、科研和高等院校等部门的高度重视。 一些对环境有特殊要求的大型水电工程,如向家坝水电站,不能采用雾化严重的挑流消能,只能采用雾化影响较小的底流消能,底流消能是一种传统的消能方式,是通过水跃产生的表面旋滚和强烈的紊动以达到消能目的,具有消能效率高、尾水波动小、泄洪雾化影响小等优点。但常规底流消能工应用于高水头、大流量泄洪工程时,底板和边墙的水力学指标较高,抗冲保护难度大,容易造成消能工的破坏,针对这些问题,前人进行了大量的研究工作,取得了丰硕的成果。 论文总结了前人的研究成果及存在的问题,针对存在的问题,提出了突扩跌坎型底流消能工这一新型消能型式,与常规底流消能工相比,有效地降低了底板和边墙处的水力学指标,增加了消能工自身的稳定性,同时消力池内流态稳定,消能效率高等,由于突扩和跌坎的存在,消力池中的水流紊动更加剧烈,消力池中不同程度地出现了横轴旋滚和立轴旋滚。由于该新型消能型式具有显著的工程实践意义,而在国内外尚未有工程应用的实例,另外随着全社会环保意识的加强,国家对环保的不断重视,这种环保型的消能型式的推广应用更具有显著的社会效益。 本文通过理论分析和水力学试验相结合的方法,对突扩跌坎型底流消能工的消能机理、流速分布规律及降低临底和临边墙流速机理、压力分布等进行了理论分析,对影响突扩跌坎型底流消能工水力特性的主要因素进行了分析研究,取得了一定的理论成果,采用水力学试验的方法,对消力池内的水力特性进行了研究,并验证了理论成果,重点分析了突扩段回流区立轴旋涡的水力特性,得出了临边墙流速和入池平均流速的关系式,并进行了验证。


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