沖擊式消力墩水力特性研究.pdf

1、建國以來，我國修建了大量的水利工程。隨著壩工技術(shù)的提高和我國水利水電建設(shè)事業(yè)的迅速發(fā)展，高水頭、大流量的水利樞紐工程正在不斷增加，而這些水利工程都必須有泄洪消能設(shè)施。傳統(tǒng)的消能方式有底流消能、挑流消能、戽流消能、面流消能等。這些都是外消能工。挑流消能是高水頭泄水建筑物最常用的一種消能方式。已有的挑流消能方式(摻氣分流墩挑流消能除外)都是利用改變底板和邊墻的幾何形狀來改變水流過流斷面的形態(tài)，達(dá)到挑流的目地。沖擊式挑流消能則是利用水流與墩子

2、的沖擊力，迫使水流反彈形成挑流，它比已有的各種挑流方式布置更靈活。至少，它可以為挑流消能增加一種新的選擇型式。本論文主要目的就是研究一種新型的挑流消能方式一沖擊式挑流消能。 首先，本文對(duì)已有的各種沖擊波簡化公式進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，給出了各簡化公式的適用條件；對(duì)側(cè)墻有偏轉(zhuǎn)傾斜情況下的沖擊波進(jìn)行理論研究，推導(dǎo)出計(jì)算側(cè)墻有斜坡的沖擊式挑流消能的計(jì)算公式，并對(duì)計(jì)算公式進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果吻合良好。在理論公式的基礎(chǔ)上為了便于工程應(yīng)用對(duì)幾種常見

3、偏轉(zhuǎn)角、坡角在不同來流弗勞德數(shù)時(shí)的波角和水深比進(jìn)行了計(jì)算；并給出了當(dāng)坡角θ=30度、θ=40度、θ=45度、θ=50度、θ=60度、θ=70度、θ=80度、θ=90度時(shí)的Fr<,1>-α-β-h<,2>/h<,1>-Fr<,2>關(guān)系圖。 其次，對(duì)斜坡沖擊波理論與實(shí)際水流現(xiàn)象存在一定差異的原因進(jìn)行了理論分析，其原因是：①實(shí)際沖擊波的波頭都有一定厚度，所以實(shí)際的流動(dòng)圖形比計(jì)算簡圖要復(fù)雜，而只用質(zhì)量守恒和動(dòng)量守恒方程又無法確定波頭厚度

4、；②當(dāng)h<,2>/h<,1>較大且波頭有一定厚度時(shí)，水質(zhì)點(diǎn)就有不可忽略的豎向分量，忽略這一因素也會(huì)帶來一定誤差；③當(dāng)α較大、Fr<,1>較高、轉(zhuǎn)向板長度有限時(shí)，波后水流的壓強(qiáng)并不符合靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律。 再次，在側(cè)墻有偏轉(zhuǎn)時(shí)沖擊波理論公式的基礎(chǔ)上，對(duì)波高很小h<,2>≈h<,1>時(shí)，在忽略摩擦阻力和能量損失情況下，通過積分得出簡化公式一，該公式適用于波高不陡的情況；簡化公式二是在比能不變假定條件下對(duì)微沖擊波進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)展開，忽略高