防洪大坝下游地下消力池流场特征研究_孟德昭.pdf
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1、第卷第期水 利 科 学 与 寒 区 工 程 ,年月 ,孟德昭防洪大坝下游地下消力池流场特征研究水利科学与寒区工程,():防洪大坝下游地下消力池流场特征研究孟德昭(山东东泰建工集团有限公司,山东 临沂 )摘要:为阐明地下消力池内部和下游的流场特征,探究床层地形变化并评估通过地下消力池的流量和沉积物的冲洗效率。为了实现这些目标,本研究监控了速度曲线、水位波动和流量可视化。结果表明,较高门槛可以稳定液压跳跃,改善地下消力池内的自清洁过程,并且积极地为鱼类和沉积物的通过提供了额外的影响。但增加地下消力池的长度会降低流动的稳定性。研究结果对明晰防洪大坝下游地下消力池流场特征,能量消散机制,保护下游河段免
2、受不利的降解和侧堤侵蚀具有十分重要的意义。关键词:防洪大坝;水力跳跃;能量消散;流场特征中图分类号:;文献标志码:文章编号:()收稿日期:作者简介:孟德昭(),男,山东临沂人,工程师,研究方向为水利工程施工管理。:。材料与方法 模型安装结合防洪大坝洪水事件前后概况的情景,在试验室进行模型设计与安装。用于进行试验的水槽是长的水平矩形水槽。该水槽的宽度和高度均为 。该水槽在水流方向的左侧具有透明的有机玻璃侧壁,有助于观察。主水库的底部出口面向地 下 消 力 池,而 入 口 是 从 主 水 库 内 部 的 处模仿的。这保证了流到地下消力池的直线流线。此外,在主蓄水池内部安装了两个带有棉片的穿孔板,以
3、在排入底部出口入口之前获得层流。然后,通过底部出口排出的水流是均匀的超临界流,其厚度等于底部出口。使用离心泵将水从地下集水槽泵入到上游供水箱来支持循环水系统。上游供水箱位于水槽的上游,并配备了经过校准的 度“”型堰。水流最终流入地下消力池,并对地下消力池的不同配置和几何形状进行测定。试验测量和观察 水力跳跃特性所有试验的基本数据收集程序都是相同的。水力跳跃特性主要是通过观察记录的。使用电极水位计测量整个地下消力池的水深及其波动。使用电磁电流计,在不同的纵向和横向横截面中测量了 分量的速度。在每个点,以 垂直间隔测量速度。采样频率设置为 。试验条件图显示了构造的物理模型的示意性侧视图和平面图以及
4、几何和水力参数。试验在不同的地下消力池几何形状下进行:消力池长度 、和 ,台阶深度、和 ,消力池宽度 。对于每个地下消力池的几何结构,已经系统地检查了具有不同高度(、和 )的端梁的不同几何结构,以获得最佳情况。将门槛垂直放置在正向台阶上方,并垂直于水槽的纵轴。除了主水库底部出口的三种不同的弗劳德数超临界 流(即 ()、和 )外,仅检查了泄水底孔的一个维度(底孔高 和底孔宽 ),因此,产生膨胀比 ()。图物理模型侧视图和平面图(示意图)结果和讨论 流动模式和跳跃稳定性的评估根据地下消力池的几何形状,已观察到种不同的跳跃类型:跳跃、跳跃、周期性水下跳跃和稳定水下跳跃。为了简洁起见,本文仅描述要点。
5、对于从 的弗劳德数,跳跃的类型主要由门槛高度决定,较少依赖于弗劳德数。对于没有门槛的地下消力池,跳跃是地下消力池内的最可能流型。对于中等高度的门槛,跳跃和跳跃为主要流型。对于较高门槛的地下消力池,主要为稳定水下跳跃。对于给定的门槛高度和弗劳德数,地下消力池长度的增加会负向引起流动的周期性振荡。因此,长度短而深度深的地下消力池完美地稳定了流动。地下消力池通用流型图的设计地下消力池通用流型图见图。使用成功的试验数据,在图中提出了通用流动模式图。该图是基于物理模型描述的宽范围的水力和几何参数制成的。水平轴表示地下消力池的长宽比,垂直轴是门槛的归一化高度,代表“临界高度”,即水流状态从亚临界变为超临界
6、的水位高度。此流动模式图中显示了所有种可能的液压跳跃类型。此流动模式图提供了地下消力池的有利、可接受和不可接受的几何形状的三个区域。有利图地下消力池通用流型区域为实线上方,代表稳定的淹没流。实线和虚线之间的区域称为可接受区域,在该区域中发生周期性的淹没流。虚线以下的区域是地下消力池不可接受区域,该区域流动模式大部分是周期性的,有时是不对称的,能量耗散不足。长度对地下消力池性能的影响图显示了标准化地下消力池长度对地下消力池中心线和流向的影响。是主蓄水池底部出口表面的流速,是门槛上游的最大平均速度。图说明了通过增加地下消力池长度而持续增强地下消力池的性能,特别是在较低的门槛高度的情况下。由于速度降
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