平底突擴(kuò)斷面渠道的水力性能研究.pdf

1、突擴(kuò)水躍是閘下出流一種常見(jiàn)的水躍形式，多見(jiàn)于平原地區(qū)閘泵合建樞紐布置（中間水閘兩側(cè)泵站）和多孔閘中部分閘孔開(kāi)啟泄流工況。水流由較狹窄的寬度突然擴(kuò)散，渠道下游水面寬度的突然增大必然導(dǎo)致在突擴(kuò)段產(chǎn)生回流，回流漩渦與水躍主流之間形成強(qiáng)烈的紊動(dòng)剪切層，并且回流造成對(duì)水躍主流的擠壓，使得下游單寬流量增大，形成一種復(fù)雜空間流態(tài)。
　　本文以平底突然擴(kuò)散渠道為研究對(duì)象，通過(guò)分析前人的突擴(kuò)渠道水工模型試驗(yàn)研究成果，在自己的理論觀點(diǎn)上，分析研究了各

2、種水力條件下平底突擴(kuò)的流態(tài)特征和基本參數(shù)。取得如下結(jié)論:
　　(1)探究上下游渠道擴(kuò)散比對(duì)水躍共軛水深、水躍長(zhǎng)度以及水躍消能率等影響的規(guī)律。提出了一種新的突擴(kuò)渠道水躍共軛水深計(jì)算的方法;
　　(2)通過(guò)量綱分析的π定理得出影響擴(kuò)散渠道的水躍長(zhǎng)度的因素，并擬合出突擴(kuò)渠道水躍長(zhǎng)度計(jì)算公式;
　　(3)提出了關(guān)于平底突擴(kuò)水躍消能率計(jì)算公式，通過(guò)應(yīng)用消能率計(jì)算公式分析現(xiàn)有資料，得到擴(kuò)散渠道的消能率相對(duì)于棱柱型渠道會(huì)增加5％～1

3、0％。同時(shí)，
　　(4)應(yīng)用FLOW-3D軟件，采用數(shù)值模擬方法對(duì)平底突擴(kuò)斷面渠道內(nèi)水流進(jìn)行仿真計(jì)算，選用盧士強(qiáng)突擴(kuò)水躍試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，分別對(duì)擴(kuò)散比ε=1.2、1.5、2.0、3.0及閘孔開(kāi)度e=0.02m、0.03m、0.05m共計(jì)十二個(gè)工況水流流速及其分布形態(tài)進(jìn)行模擬分析。并對(duì)突擴(kuò)口下游渠道內(nèi)的水流流速及其分布形態(tài)進(jìn)行分析。
　　選取閘門開(kāi)度e=0.02m，擴(kuò)散比ε=2.0和ε=3.0兩種擴(kuò)散比模擬結(jié)果分析，擴(kuò)散比ε=2.0時(shí)

4、，主流在下游擴(kuò)散渠道中較穩(wěn)定，兩側(cè)擴(kuò)散區(qū)內(nèi)的豎軸回流旋渦沿主流近似對(duì)稱;擴(kuò)散比ε=3.0時(shí)，主流在下游擴(kuò)散渠道中很不穩(wěn)定，兩側(cè)的回流區(qū)并不對(duì)稱，而且主流末端還會(huì)產(chǎn)生多個(gè)小回流區(qū)。擴(kuò)散比較大時(shí)，主流受到兩側(cè)豎軸旋滾擠壓，主流末端容易擺動(dòng)，使得主流偏離對(duì)稱軸而發(fā)生不對(duì)稱水躍。且擴(kuò)散比越大，小回流區(qū)越多，主流擴(kuò)散越不均勻，擺動(dòng)越劇烈。本文提取了擴(kuò)散比ε=1.2、1.5、2.0三個(gè)擴(kuò)散比狀態(tài)下模擬的部分流速值，并對(duì)其進(jìn)行分析，初步探究了突擴(kuò)渠道