密排加糙床面消力池自由水跃跃长计算.pdf

《密排加糙床面消力池自由水跃跃长计算.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第６期水利水运工程学报Ｎｏ．６２０１６年１２月ＨＹＤＲＯ⁃ＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＤｅｃ．２０１６ＤＯＩ：１０．１６１９８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００９－６４０Ｘ．２０１６．０６．０１０傅铭焕，张志昌．密排加糙床面消力池自由水跃跃长计算［Ｊ］．水利水运工程学报，２０１６（６）：６９－７５．（ＦＵＭｉｎｇ⁃ｈｕａｎ，ＺＨＡＮＧＺｈｉ⁃ｃｈａｎｇ．Ｌｅｎｇｔｈｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｆｒｅｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｊｕｍｐｏｎｒｏｕｇｈｂｅｄｏｆｓｔｉｌｌｉｎｇｂａｓｉｎ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏ⁃ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１６（６）：６９－７５．）密排

2、加糙床面消力池自由水跃跃长计算１，２２傅铭焕，张志昌（１．浙江省水利水电勘测设计院，浙江杭州３１０００２；２．西安理工大学，陕西西安７１００４８）摘要：水跃长度作为消力池设计的重要参数，对消力池安全稳定以及经济合理的影响效果显著。通过建立水跃区水体质点的运动方程，研究密排加糙床面消力池水跃旋滚长度和水跃长度的变化规律，提出了水跃旋滚长度和水跃长度计算的理论方法，并根据已有文献的试验数据对所推公式涉及的物理参数进行率定。计算研究结果表明，密排加糙床面消力池水跃旋滚长度和水跃长度均随跃前断面弗劳德数、跃前断面水深和水跃共轭水深比的增大而增大，随着床面当量粗糙高度的增加而减小。

3、经验证发现，水跃旋滚长度和水跃长度的计算值与实测值接近。关键词：密排加糙床面；运动方程；水跃旋滚长度；水跃长度＋中图分类号：ＴＶ１３５?２１文献标志码：Ａ文章编号：１００９－６４０Ｘ（２０１６）０６－００６９－０７在泄水建筑物下游往往需要布设消力池来抬高下游水深，使下泄水流形成淹没水跃，消耗高速水流能量。为了提高消力池消能效果，各种辅助消能工应运而生，如消力墩、Ｔ形墩、齿墩等。近年来有人提出计算了粗糙壁面消力池，并对其水力特性进行了试验研究。研究表明，消力池底板上的连续凸体能显著提升水跃［１－４］区水体的剪切与紊动强度，有效降低消力池的共轭水深和水跃长度，从而获得更好的消

4、能效果。所谓的粗糙壁面消力池，就是将消力池底板做成连续的粗糙块，现阶段粗糙壁面消力池的布置形式主要有两种，一种为波状床面消力池，另一种为密排加糙床面消力池。文献［５－６］通过边界层理论和水跃区动量方程研究了波状床面消力池壁面切应力和水跃区边界层沿程发展规律，给出了水跃共轭水深和水跃长度的理论计算方法。文献［７］通过前人关于床面阻力的动量假设，提出了密排加糙床面水跃共轭水深计算的半理论公式。文献［８］对文献［１］和［３］作者提出的密排加糙床面水跃长度和水跃旋滚长度经验公式进行了验证，并提出了计算水跃长度和水跃旋滚长度新的经验公式。文献［９］研究了均布糙体和孤立糙体的空化特性

5、，结果表明，均布糙体的初生空化数远低于孤立糙体；文献［１０］在对明流反弧段加糙防蚀的研究中，认为在反弧段进行均匀加糙，对防止反弧末端的空蚀破坏十分有利。文献［１１］对波状涵洞中流速的研究表明，波状床面水流紊动加剧，雷诺切应力增大，流速减小明显，空蚀的可能性亦减小。由此可见，在溢流面上适当的均匀加糙，对防止空蚀破坏是有利的。但现阶段对其水跃水力特性，尤其是水跃长度的研究仍停留在试验层面。文献［１２］和［１３］通过水跃区水体质点的运动方程，分别从理论角度研究了平底二元水跃和渐扩散水跃的水跃长度，获得了很好的效果。作者亦试图通过追踪水跃区水体质点的运动规律，探索密排加糙床面自由

6、水跃长度理论计算的可行性，以供工程设计参考。１公式推导１?１水跃旋滚长度１?１?１理论分析水流从急流到缓流的过渡过程中，上下游水流存在压力差使得水体向上跃起形成回流，收稿日期：２０１５－１２－２８作者简介：傅铭焕（１９８９—），男，浙江杭州人，硕士，主要从事水工水力学计算工作。Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｆｕｍｉｎｇｈｕａｎ２００７＠１６３．ｃｏｍ７０水利水运工程学报２０１６年１２月假设使水流向上跃起的加速度为ｆ，对于密排加糙床面消力池，假定由于床面底部的凸起，额外作用于水流质点竖直方向上的加速度为Ｍｆ，则密排加糙床面自由水跃水体质点的受力情况如图１所示。图１中ｈ，ｈ分１２别为跃前断面

7、和跃后断面水深；ｖ，ｖ分别为跃前断面１２和跃后断面平均流速；Ｌ为水跃旋滚长度；ｇ为重力加ｒ速度；ｋ为密排加糙床面粗糙高度；Ｍ为由于床面的密ｓ排加糙额外在竖直方向上产生的加速度系数；ｘ，ｙ为图１密排加糙床面水跃坐标轴，ｘ轴方向同水体主流方向，ｙ轴方向为竖直方Ｆｉｇ?１Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｊｕｍｐｏｎｕｎｉｆｏｒｍｒｏｕｇｈｈｅｉｇｈｔｂｅｄ向，坐标原点为水跃跃前断面水面处。则水跃区水体质点在竖直方向ｙ上沿时间的运动方程为：２２ｄｙ／ｄｔ＝（１＋Ｍ）ｆ－ｇ（１）式中：ｔ为水跃区水体质点从跃前断面开始运动的时间；ｙ为水体质点在ｔ时间内