台阶式溢洪道滑行水流消能特性研究-论文.pdf

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1、第31卷第6期长江科学院院报Vol_31No．62014年6月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteJun．2014DOI：10．3969／j．issn．1001—5485．2014．06．0082014，31(06)：37—40台阶式溢洪道滑行水流消能特性研究张峰，刘韩生，张为法(1．西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌712100；2．中国水电工程顾问集团西北勘察设计研究院，西安710000)摘要：台阶式溢洪道消能率无法详细反映其消能特性，为了突出反映台阶消能作用，从总消能水头中扣除光滑溢洪道原有

2、消能水头得到纯台阶消能部分，计算了单位高度纯台阶消能率，以及台阶消能所占总消能的比重。结果表明：滑行水流的单位高度纯台阶消能率约为0．80％／m一0．83％／m，与单宽流量和台阶数目均无关，随台阶高度增大增幅为4．5％；纯台阶消能所占总消能比重随单宽流量增大而增加，随台阶数目增多而减小；此外，还对单宽流量增加时消能率下降的原因进行了探讨。结果分析表明：大单宽流量消能率下降是由于光滑溢洪道能作用降低而纯台阶消能不变导致的。关键词：台阶式溢洪道；滑行水流；单宽流量；台阶高度；消能率中图分类号：TV135．2文献标志码：A文章编号：1001—5485(2014)06—00

3、37一o4加值越大，所占总消能的比重越大，越有必要使用台阶溢洪道，该值对于反映台阶对消能的贡献，分析台1研究背景阶对水流的影响和消能特性有重要的意义。本文对某工程单宽流量8．09—62．18in／(S·m)近年来，台阶式溢洪道被广泛地应用在国内外工之间水流进行了试验，对各流况消能水头做了计算和程中，水力科技工作者也进行了很多试验研究，其消分析从纯台阶消能角度对消能特f生进行了探讨。能特陛一直是研究的热点问题。美国垦务局对上静水坝的研究表明：台阶溢洪道的消能率超过光滑溢洪道75％以上¨J。希腊的Christodoulou通过模型试2试验简介验和无量纲分析表明，影响消能

4、率的主要参数是溢洪试验针对某台阶溢洪道道上的I临界水深Y与台阶高度h之比Y。／h和阶梯的进行，试验体型见图1，模个数。H．Chanson等的试验研究表明，台阶式溢洪型比尺为80，溢洪道底部道的能量损失随坝坡面长度增大而增大。D．Yildiz坡度为38．7。，长140In，采等_4的研究表明：当坡角小于50．3。时，能量的消散随用矩形断面，底宽9m。台阶高度的增大而增大；但当坡角达到60。时，台阶高试验中分别对3种台阶高度对消能率几乎没有影响。田嘉宁等认为消能率度0．5，1．0，2．0ITI下，不同图1台阶式溢洪道体型随着相对坝高／的增加而增大，并随着台阶高单宽流量沿

5、程的水深和流Fig．1Patternof度增大而增加。已有研究得出一致结论，消能率steppedspillway速进行了测量。随着单宽流量的增加而减小。张志昌等对滑行水流的试验研究认为，水流通过与台阶之间的碰撞、台阶上水流漩滚及水流内部紊3消能特性分析动剪切强化了溢洪道的消能效果。传统光滑溢洪道具有较低的消能率，台阶式溢洪道与之相比消能作用目前对消能特性的研究主要围绕消能率展开，大幅提高_9j。台阶溢洪道相比光滑溢洪道的消能增为了反映台阶溢洪道消能作用优于光滑溢洪道的部收稿日期：2013—04—15；修回日期：2013—06—17作者简介：张峰(1989一)，男，山

6、西忻州人，硕士研究生，主要从事泄水建筑物及高速水流的研究，(电话)15829719799(电子信箱)d4721192@126．com。通讯作者：刘韩生(1962一)，男，陕西韩城人，教授，博士，主要从事水工水力学与高速水流研究，(电话)13319231569(电子信箱)hansheng·liu@126．com。38长江科学院院报2014丘分，根据试验结果，本文在台阶溢洪道消能率和光滑应用的必要性，也可以+q=62．18in／(sln1tg=46．67m／(s‘m】溢洪道消能率基础上，从消能增加值角度对消能特明确反映出台阶存在所50o．-g：3572m3／(sIn)*

7、q=21．20mV(s’Ⅱnq=8．09133／(s’m)／性进行了分析。起作用。3．1消能率由此提出纯台阶消1020304050607080消能率是反映台阶溢洪道消能效果形式简单、台邑率叼=Ah台／总，其中台阶位置，m直观的参数。根据坝体上下游能量守恒原理，能量Ah台表示台阶溢洪道相图3不同单宽流量下的消耗与上游总能量之比作为能量损失率，用E。和对光滑溢洪道消能的增光滑消能率Fig．3EnergydissipationE分别表示上、下游的总能量，则台阶溢洪道消加值，表示进入台阶溢ratioonsmoothspillways能率卵为洪道第1个台阶处的水inthe