齿墩状内消能工的水力特性物理模型试验

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1、齿墩状内消能工的水力特性物理模型试验第一章绪论1.1研究的目的及意义水利作为整个社会、经济发展的基础性设施，不仅仅是农业发展的命脉，更是人们生活中的一项基础产业，其重要程度不言而喻。我国是一个水能资源丰富的国家，，水能蕴藏量能够达到l0000k的高琐中，约有80%建在峡谷中，一方面由于河床狭窄，在泄洪建筑物出口布置消能工有一定的难度，另一方面在泄洪建筑物洞外布置消能工也会引起具有危害作用的雾化和空烛破坏。受以上两方面因素的影响，内消能工作为一种新的消能模式也受到学者们的青睐。在隧道与管道中的内消能工研究，可以分为有压流和无压流两

2、种情况，对于内消能工在无压情况下的水力特性以及消能效果，尹明玉、王浩等人通过西藏旁多水利枢纽灌溉输水洞水力学模型试验进行了优化研究，通过试验表明在隧洞中采用合理的内消能工，可以消除水流中的部分能量从而降低水流流速，达到消能的效果。在无压隧洞的运行过程中，明满流交替的现象危害极大，是不允许出现的。为了防止这一情况发生，有学者利用洞内消能来消除隧洞内来流的多余能量，使得洞内不出现有压流，也就避免了明满流交替的不良现象。在保证无压流的同时，流到下游的流体能量相对减少，这样就减少了对下游河床的冲刷，也能在下游边坡稳定等方面起到积极作用。

3、在洞内消能好处很多，但是由于高速水流带来的各种问题，对洞内消能工的结构强度与表面的精细程度也提出了一定的要求。而由于洞内消能实践运行经验还不多，今后需要结合实际工程进行进一步的理论和试验研究，并积极开展原型观测。第二章试验装置和试验方案2.1试验装置设计试验是在太原理工大学水利科学与工程学院的水流大厅进行，试验装置由水箱、钢铁管、有机玻璃管、电磁流量计和阀门等组成，水箱内水由离心粟从地下水库抽取，水箱顶部设置溢流堰保持水位恒定，溢流的水体通过管道回流到地下水库。具体试验装置如图2-1所示。试验段管道用有机玻璃管可以方便观察水流现

4、象，有机玻璃试验段长约370cin，内径15cm，壁厚0.5cm。其中齿壤段的起始端距离铁管与有机玻璃衔接处长为143.5cm，以保证水流平稳。齿壤段长为13.5cm,齿敏段末端接长为213cm的有机玻璃管段用来保证水流充分发展，尾部为有压出流。齿壤由有机玻璃加工而成，管中流量由阀门控制，各管段之间用法兰连接。..2.2试验方案设计试验方案是将洞塞去掉一定的比例，剩余部分分成一定数目及大小相等的壤子，均勻布置在管壁四周，在齿壤与管壁接触处用玻璃胶粘贴，以保证紧密相接。齿墩状内消能工的面积收缩比，為是圆管的面积，為是除去墩子的面积

5、剩余圆管的面积，即齿缴段过流面积)。各个试验方案的齿壤状内消能工横剖面见图2-2(a)，沿水流方向的纵剖面示图见图2-2(b)。各方案流量测量变化范围和组次见表2-1。为方便研究消能工突扩后压力的变化情况，以齿壞段进口处为坐标轴原点，整个管道的压力测点之间的布置间隔都是不一样的，在消能工附近压力测点要布置的相对密一些，而在消能工后部压力测点布置的比较多，玻璃管段压力测点沿水流方向的相对位置见表2-2。压力测量采用的设备有：CY201高精度数字压力传感器和485-20集线器（见图2-4)，另外还需要一些数据线和采集数据的计算机。由

6、于485-20集线器有20个数字化传感器接口，所以30个测点分别安装到两台接线器上，其中压力测点中上部及侧部的12个测点通过数据传输线连接于1#集线器，底部的18个测点通过数据传输线连接于2#集线器，然后两台集线器分别与电脑连接。第三章不同齿墩状内消能工的消能特性........193.1消能工各个测点压力数据整理........193.2齿墩状内消能工的消能率分析........243.3过流能力........283.3.1过流能力的理论分析........283.3.2各方案的过流能力对比分析........293.4壁面

7、时均压强沿程分布........323.5不同方案消能工的流速场特性........373.6本章小结........42第四章不同齿墩状消能工的脉动压强特性........434.1脉动压强数据处理理论........434.2脉云力压强沿禾呈分布........444.3最大脉动压强点的时域过程线........474.4脉动压强振幅概率分布........514.5本章小结........55第五章结论与展望........575.1结论........575.2展望........58第四章不同齿墩状消能工的脉动压强特性

8、4.1脉动压强数据处理理论脉动压强的研究可以追溯到上世纪50年代，在兴建新安江水电站的现后溢流式厂房时，由于下泄水流为高速水流，要求确定水流的脉动压强的脉动频率是否会造成厂房结构的振动，针对这个问题专家学者们提出的一系列研究课题。其中较为突出的是1945年周培源