水工建筑物中的紊流邊界層問(wèn)題——理論與應(yīng)用.pdf

1、研究水工建筑物紊流邊界層發(fā)展規(guī)律對(duì)深入理解和處理泄水建筑物的高速水力學(xué)問(wèn)題有著重要的應(yīng)用價(jià)值與實(shí)際意義,因而受到人們的重視. 本文結(jié)合高速水力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目"水流邊界層理論及其在水利水電工程中的應(yīng)用研究",目的是對(duì)我國(guó)近20年關(guān)于水流邊界層理論及其應(yīng)用的研究進(jìn)行深入、系統(tǒng)地分析,試圖建立考慮重力及曲率影響的水流邊界層方程,并著重探討邊界層理論在水利水電工程中的應(yīng)用研究. 本文主要的研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:

2、 (1)考慮重力及自由水面存在的影響,推導(dǎo)有限水深陡槽上的紊流邊界層動(dòng)量積分方程,從理論上證明了卡門(mén)動(dòng)量積分方程適用于陡槽水流邊界層. (2)根據(jù)溢流壩反弧段水流運(yùn)動(dòng)基本方程,在流線曲率同心圓假設(shè)條件下,得到了溢流壩反弧段水流壓強(qiáng)分布的表達(dá)式.在此基礎(chǔ)上,引入近壁薄流層概念,通過(guò)構(gòu)造緩和過(guò)渡流線和類似同心圓性質(zhì)的假設(shè),使反弧段離心力影響范圍內(nèi)的水流流線曲率計(jì)算值光滑連續(xù),從而得到能夠反映反弧段動(dòng)水壓強(qiáng)沿法線方向及切線方向變化

3、的統(tǒng)一表達(dá)式.文中還探討了邊界層對(duì)溢流壩反弧段動(dòng)水壓強(qiáng)分布計(jì)算的影響.模型試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果一致. (3)探討了溢流壩反弧段紊流邊界層的發(fā)展機(jī)理,分析整理得到了邊界層厚度的的無(wú)因次關(guān)系式及經(jīng)驗(yàn)公式.考慮重力、離心力及曲率的影響,建立了溢流壩反弧段邊界層動(dòng)量積分方程及連續(xù)方程,應(yīng)用Ruuge-Kutta法進(jìn)行了數(shù)值求解,并將計(jì)算結(jié)果與模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比. (4)探討閘堰過(guò)流能力計(jì)算的邊界層方法,推導(dǎo)閘堰過(guò)流流量計(jì)算公式

4、,并分析研究了閘孔出流、WES標(biāo)準(zhǔn)剖面堰溢流、圓頂堰溢流、寬頂堰溢流流量系數(shù)的計(jì)算方法. (5)探討應(yīng)用水流邊界層理論計(jì)算溢流壩面水流能量損失的方法,從理論上推求溢流壩面流速系數(shù)的基本關(guān)系式,尋求經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式.研究應(yīng)用水流邊界層理論計(jì)算過(guò)水圍堰壩面水流能量損失的方法,探討了過(guò)水堆石圍堰鉛絲籠護(hù)面失穩(wěn)破壞臨界條件的指標(biāo)及經(jīng)驗(yàn)判別式. (6)考慮邊界層的影響,建立窄縫挑坎水流數(shù)學(xué)模型,對(duì)窄縫收縮段的水力特性進(jìn)行了數(shù)值分析.