水工建筑物中的紊流邊界層問題——理論與應用.pdf

1、研究水工建筑物紊流邊界層發(fā)展規(guī)律對深入理解和處理泄水建筑物的高速水力學問題有著重要的應用價值與實際意義,因而受到人們的重視. 本文結合高速水力學國家重點實驗室基金項目"水流邊界層理論及其在水利水電工程中的應用研究",目的是對我國近20年關于水流邊界層理論及其應用的研究進行深入、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用研究. 本文主要的研究內(nèi)容包括以下幾個方面:

2、 (1)考慮重力及自由水面存在的影響,推導有限水深陡槽上的紊流邊界層動量積分方程,從理論上證明了卡門動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動基本方程,在流線曲率同心圓假設條件下,得到了溢流壩反弧段水流壓強分布的表達式.在此基礎上,引入近壁薄流層概念,通過構造緩和過渡流線和類似同心圓性質(zhì)的假設,使反弧段離心力影響范圍內(nèi)的水流流線曲率計算值光滑連續(xù),從而得到能夠反映反弧段動水壓強沿法線方向及切線方向變化

3、的統(tǒng)一表達式.文中還探討了邊界層對溢流壩反弧段動水壓強分布計算的影響.模型試驗結果與計算結果一致. (3)探討了溢流壩反弧段紊流邊界層的發(fā)展機理,分析整理得到了邊界層厚度的的無因次關系式及經(jīng)驗公式.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量積分方程及連續(xù)方程,應用Ruuge-Kutta法進行了數(shù)值求解,并將計算結果與模型試驗結果進行了對比. (4)探討閘堰過流能力計算的邊界層方法,推導閘堰過流流量計算公式

4、,并分析研究了閘孔出流、WES標準剖面堰溢流、圓頂堰溢流、寬頂堰溢流流量系數(shù)的計算方法. (5)探討應用水流邊界層理論計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)的基本關系式,尋求經(jīng)驗計算公式.研究應用水流邊界層理論計算過水圍堰壩面水流能量損失的方法,探討了過水堆石圍堰鉛絲籠護面失穩(wěn)破壞臨界條件的指標及經(jīng)驗判別式. (6)考慮邊界層的影響,建立窄縫挑坎水流數(shù)學模型,對窄縫收縮段的水力特性進行了數(shù)值分析.