跌坎型底流消能工水流流動結構水力特性研究

《跌坎型底流消能工水流流動結構水力特性研究》是依託昆明理工大學，由王海軍擔任項目負責人的地區科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：跌坎型底流消能工水流流動結構水力特性研究
• 項目類別：地區科學基金項目
• 項目負責人：王海軍
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

跌坎型底流消能工是在傳統的底流消能工消力池的前端增加一跌坎而形成。由於坎的存在，形成水墊，增加了周圍為消能水體的主射流射程，能保證較高消能率的同時降低水力學指標，從而擴大跌坎型底流消能工適用範圍。跌坎型底流消能工流動結構複雜，主要有淹沒射流、坎後旋渦、衝擊射流、附壁射流和大尺度旋渦等流動結構，這些流動結構是相互伴生相互作用的，研究流動結構相互伴生、相互作用的內在必然和不同流動結構相互作用下對建築物表面的作用機理以及消能機理，該問題的揭示將為衝擊、空化氣蝕破壞地深入研究奠定堅實基礎。不同流動結構相互作用下建築物表面受流體造成的衝擊、空化氣蝕破壞是先局部後整體破壞的發展過程，單一流動結構作用和不同流動結構相互作用的極端不利情況是建築物局部破壞的根本原因，因此，研究流動結構及其相互作用的水力特性是解決建築物衝擊、空化氣蝕破壞的關鍵。

結題摘要

本項目研究主要通過水工模型試驗和數值仿真對跌坎型底流消能工水流流動結構開展研究，主要研究淹沒射流盼試拳疊、坎後旋渦、衝擊射流、附壁射流和大尺度旋渦等流動結構相互伴生、相互作用和不同水流流動結構相互作用下墊妹連對建築物表面的作用機理以及消能機理；研究流動結構氣體擴散遷移運動機理，以跌坎型底流消能工水流流動結構、不同水流流動結構的水力特性、利用紊流模型，建立入流條件、跌坎高度和下游水深備宙擔數值模擬為研究技術路線的研究過程。首先，研究了跌坎型底流消能工流動結構分區和定義，形成結構分區示意圖和分區特徵點的確定，對各區的流態進行描述，實測再附點和衝擊點隨機沿底板變化，實測衝擊過程，建立不同流動結構相互作用的荷載關係；其次，對各流動結構各區的流態和水力特性開展研究，給出了淹沒射流區、坎後旋渦區、衝擊射流區、附壁射流區在不同入射角、跌坎深度、尾坎條件下的臨底流速、動水壓力的變化規律，並研究給出流動結構相互作用下氣體擴散遷移運動機理及分布規律，為深入研究水工建築物邊界產生汽蝕破壞機理提供支持；根據紊動射流理論，將二漿妹維射流作用於地板上的時均壓強進行量綱歸墊烏探拔一化處理，對衝擊區推導出時均動水壓力值的計算公式；利用射流理論推導出控制底板臨底己燥滲流速、時均動水壓力值跌坎坎深的確定方法和計算公式，以此控制底板臨底流速、時均動水壓力值跌坎坎深的確定方法，解決了兩個水利工程的泄洪消能問題。形成一套跌坎型底流消能工水流流動理論、構建數學模茅祖棕型，結合紊流數學模型對部分試驗工況進行數值模擬，提出一套工程設計方法。該項研究成果成功解決雲南省楚雄州武定縣、永仁縣的仁和水庫溢洪道泄洪消能問題和直苴水庫泄洪洞消能問題。本項目完成了研究計畫，新增了研究內容，執行情況較好。研究方法及成果對水流流動結構的進一步研究和套用具有重要的參考和指導意義。