目錄
總序一
總序二
總序三
前言
第1章 臺(tái)階式溢洪道水力特性的研究現(xiàn)狀和問(wèn)題 1
1.1臺(tái)階式溢洪道的研究現(xiàn)狀 1
1.2臺(tái)階式溢洪道研究的主要問(wèn)題 6
參考文獻(xiàn) 7
第2章 臺(tái)階式溢洪道水力特性的試驗(yàn)研究 9
2.1臺(tái)階式溢洪道的水流流態(tài) 9
2.2臺(tái)階式溢洪道的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?12
2.3臺(tái)階式溢洪道水面線和摻氣分布規(guī)律的研究 14
2.3.1臺(tái)階式溢洪道非摻氣水流水面線的研究現(xiàn)狀 14
2.3.2臺(tái)階式溢洪道非摻氣水流水面線新的計(jì)算方法 15
2.3.3臺(tái)階式溢洪道全流程水面線的計(jì)算 17
2.3.4臺(tái)階式溢洪道摻氣水流水面線和摻氣濃度的研究 22
2.4臺(tái)階式溢洪道的壓強(qiáng)分布規(guī)律 33
2.4.1臺(tái)階式溢洪道壓強(qiáng)分布規(guī)律的研究現(xiàn)狀 33
2.4.2臺(tái)階式溢洪道壓強(qiáng)分布規(guī)律的試驗(yàn)研究 36
2.5臺(tái)階式溢洪道消能效果的研究 50
2.5.1滑行水流消能率的計(jì)算公式 50
2.5.2臺(tái)階式溢洪道跌落水流和滑行水流消能率的統(tǒng)一公式 54
參考文獻(xiàn) 55
第3章 臺(tái)階式溢洪道水力特性的數(shù)值模擬 58
3.1數(shù)值模擬在臺(tái)階式溢洪道上的應(yīng)用狀況和計(jì)算模型 58
3.1.1數(shù)值模擬在臺(tái)階式溢洪道上的應(yīng)用狀況 58
3.1.2計(jì)算模型 60
3.2紊流數(shù)值模擬理論及數(shù)值方法 61
3.2.1基本控制方程的建立 61
3.2.2紊流模型 62
3.2.3自由水面的確定 62
3.2.4計(jì)算模型的網(wǎng)格劃分 63
3.2.5邊界條件的處理 64
3.3臺(tái)階式溢洪道的水面線及水流流態(tài) 65
3.3.1不同時(shí)刻的自由水面線 65
3.3.2單個(gè)臺(tái)階上的水流流態(tài) 66
3.3.3不同工況下的自由水面線 67
3.4計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比 70
3.5臺(tái)階式溢洪道壓強(qiáng)場(chǎng)的研究 71
3.5.1臺(tái)階式溢洪道的壓強(qiáng)等值線分布 71
3.5.2臺(tái)階內(nèi)的壓強(qiáng)分布規(guī)律 75
3.6臺(tái)階式溢洪道的流速場(chǎng) 88
3.7臺(tái)階式溢洪道消能率的研究 91
3.7.1溢洪道壩面紊動(dòng)能和紊動(dòng)耗散率的分布規(guī)律 91
3.7.2臺(tái)階式溢洪道臺(tái)階內(nèi)紊動(dòng)能和紊動(dòng)耗散率的分布規(guī)律 94
3.7.3臺(tái)階式溢洪道的消能率 94
參考文獻(xiàn) 96
第4章 臺(tái)階式溢洪道與摻氣挑坎聯(lián)合應(yīng)用水力特性的試驗(yàn)研究 97
4.1試驗(yàn)?zāi)Ｐ?97
4.2設(shè)摻氣挑坎后臺(tái)階式溢洪道的水流流態(tài) 99
4.3設(shè)摻氣挑坎后臺(tái)階式溢洪道的水面線 101
4.4設(shè)摻氣挑坎后臺(tái)階式溢洪道的相對(duì)時(shí)均壓強(qiáng)分布 103
4.4.1臺(tái)階水平面的相對(duì)時(shí)均壓強(qiáng)分布 103
4.4.2臺(tái)階豎直面的相對(duì)時(shí)均壓強(qiáng)分布 108
4.4.3臺(tái)階水平面的相對(duì)時(shí)均壓強(qiáng)沿程分布 112
4.4.4臺(tái)階豎直面的相對(duì)時(shí)均壓強(qiáng)沿程分布 117
4.4.5脈動(dòng)壓強(qiáng)測(cè)點(diǎn)布置 121
4.4.6臺(tái)階水平面脈動(dòng)壓強(qiáng)分布 121
4.5設(shè)摻氣挑坎后臺(tái)階式溢洪道的水流摻氣濃度 125
4.5.1設(shè)摻氣挑坎后臺(tái)階式溢洪道的水流摻氣現(xiàn)象 125
4.5.2空腔長(zhǎng)度的確定 125
4.5.3設(shè)摻氣挑坎情況下?lián)綒饨粎R點(diǎn)位置的確定 128
4.5.4設(shè)摻氣挑坎情況下通氣孔通氣量的確定 128
4.5.5設(shè)摻氣挑坎情況下臺(tái)階式溢洪道摻氣濃度分布 130
4.5.6增加臺(tái)階式溢洪道摻氣濃度的措施 137
4.6設(shè)摻氣挑坎后臺(tái)階式溢洪道的消能 138
4.7摻氣挑坎與臺(tái)階式溢洪道聯(lián)合應(yīng)用的其他研究成果 138
參考文獻(xiàn) 141
第5章 臺(tái)階式溢洪道與摻氣挑坎聯(lián)合應(yīng)用水力特性的數(shù)值模擬 142
5.1計(jì)算模型 142
5.2紊流模型及控制方程 143
5.3帶有摻氣挑坎的臺(tái)階式溢洪道的三維數(shù)值模擬 144
5.3.1劃分計(jì)算網(wǎng)格 144
5.3.2選擇計(jì)算模型及求解器類型 144
5.3.3設(shè)定邊界條件 145
5.3.4流場(chǎng)初始條件 145
5.3.5求解計(jì)算 145
5.4三維數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與分析 145
5.4.1臺(tái)階式溢洪道不同時(shí)刻的自由水面線 145
5.4.2臺(tái)階式溢洪道的水流流態(tài) 146
5.4.3計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比 148
5.5臺(tái)階式溢洪道的流速場(chǎng) 151
5.5.1流速矢量分布 151
5.5.2流速等值線分布 153
5.5.3斷面流速分布 156
5.5.4臺(tái)階式溢洪道的邊界層發(fā)展 158
5.6臺(tái)階式溢洪道的壓強(qiáng)場(chǎng) 159
5.6.1臺(tái)階式溢洪道壓強(qiáng)等值線分布 159
5.6.2單個(gè)臺(tái)階水平面的壓強(qiáng)分布 161
5.6.3單個(gè)臺(tái)階豎直面壓強(qiáng)測(cè)點(diǎn)布置 165
5.6.4單個(gè)臺(tái)階豎直面壓強(qiáng)分布 165
5.6.5臺(tái)階水平面壓強(qiáng)的沿程分布 169
5.6.6臺(tái)階豎直面壓強(qiáng)的沿程分布 171
5.7臺(tái)階式溢洪道的消能 173
5.7.1單個(gè)臺(tái)階紊動(dòng)能和紊動(dòng)耗散率的分布規(guī)律 173
5.7.2紊動(dòng)能和紊動(dòng)耗散率的沿程分布規(guī)律 176
5.7.3溢洪道的消能率 177
5.7.4摻氣挑坎的空腔長(zhǎng)度和通氣量 178
參考文獻(xiàn) 179
第6章 摻氣分流墩設(shè)施水力特性的試驗(yàn)研究 180
6.1摻氣分流墩設(shè)施的體型和特點(diǎn) 180
6.1.1摻氣分流墩設(shè)施的體型 180
6.1.2摻氣分流墩設(shè)施的特點(diǎn) 181
6.2摻氣分流墩設(shè)施的原型觀測(cè)和應(yīng)用 182
6.3摻氣分流墩設(shè)施收縮比的研究 184
6.3.1試驗(yàn)?zāi)Ｐ?184
6.3.2收縮比對(duì)水舌挑距的影響 185
6.3.3收縮比對(duì)消力池壓強(qiáng)特性的影響 189
6.3.4收縮比對(duì)消能效果的影響 190
6.4摻氣分流墩墩頭壁壓特性的研究 191
6.4.1墩頭時(shí)均壓強(qiáng)特性 191
6.4.2墩頭脈動(dòng)壓強(qiáng)特性 197
6.4.3墩頭頻譜特性和振動(dòng)特性 199
6.4.4墩頭的空化特性 199
6.5摻氣分流墩水舌的摻氣特性 200
6.5.1試驗(yàn)?zāi)Ｐ?200
6.5.2量綱分析 201
6.5.3水舌斷面含水濃度分布的特點(diǎn) 202
6.5.4斷面最大含水濃度的沿程變化 203
6.5.5斷面平均含水濃度的沿程變化 204
6.5.6不摻氣核心區(qū)的長(zhǎng)度 205
6.5.7水舌沿橫向摻氣濃度的變化 206
6.5.8摻氣分流墩水舌與普通二元水舌沿程斷面摻氣濃度的比較 207
6.6摻氣分流墩設(shè)施的消能量 208
6.7分流齒墩設(shè)施簡(jiǎn)介 210
6.7.1試驗(yàn)條件和試驗(yàn)?zāi)Ｐ?210
6.7.2影響分流齒墩設(shè)施消能效果因素分析 211
參考文獻(xiàn) 215
第7章 臺(tái)階式溢洪道與分流齒墩摻氣設(shè)施聯(lián)合應(yīng)用水力特性的試驗(yàn)研究 216
7.1試驗(yàn)?zāi)Ｐ?216
7.2分流齒墩摻氣設(shè)施體型的確定 217
7.2.1分流齒墩摻氣設(shè)施的組成及作用 217
7.2.2分流齒墩摻氣設(shè)施的位置 218
7.2.3水平摻氣坎的高度 218
7.2.4側(cè)墻摻氣坎的高度 220
7.2.5分流齒墩形狀、寬度、收縮比和高度的確定 220
7.3水流流態(tài)和水面線 223
7.3.1分流齒墩摻氣設(shè)施的出射水流流態(tài) 223
7.3.2臺(tái)階式溢洪道上的水流流態(tài) 224
7.3.3分流齒墩摻氣設(shè)施與臺(tái)階式溢洪道聯(lián)合應(yīng)用的水面線 225
7.3.4臺(tái)階式溢洪道邊墻水面線 227
7.4壓強(qiáng)分布 228
7.4.1齒墩墩頭動(dòng)水壓強(qiáng)測(cè)點(diǎn)布置 228
7.4.2齒墩墩頭時(shí)均壓強(qiáng)沿墩高分布 229
7.4.3臺(tái)階式溢洪道水舌沖擊區(qū)壓強(qiáng)分布規(guī)律 234
7.4.4臺(tái)階式溢洪道的壓強(qiáng)分布 237
7.5臺(tái)階上的摻氣濃度分布 251
7.5.1摻氣現(xiàn)象 251
7.5.2臺(tái)階式溢洪道上的摻氣濃度 252
7.6分流齒墩摻氣設(shè)施與臺(tái)階式溢洪道聯(lián)合應(yīng)用的消能效果 266
7.6.1消能機(jī)理 266
7.6.2收縮斷面水深和流速系數(shù) 266
7.6.3消能率 267
7.7分流齒墩摻氣設(shè)施與臺(tái)階式溢洪道聯(lián)合應(yīng)用的設(shè)計(jì)方法 268
參考文獻(xiàn) 278
第8章 臺(tái)階式溢洪道與分流齒墩摻氣設(shè)施聯(lián)合應(yīng)用水力特性的數(shù)值模擬 279
8.1計(jì)算模型的建立 279
8.1.1計(jì)算模型 279
8.1.2計(jì)算模型的網(wǎng)格劃分 280
8.1.3邊界條件的處理 281
8.1.4求解器的設(shè)置 281
8.2分流齒墩摻氣設(shè)施與臺(tái)階式溢洪道聯(lián)合應(yīng)用的水流流態(tài) 282
8.2.1臺(tái)階式溢洪道的水流流態(tài) 282
8.2.2水舌最大和最小挑距 284
8.2.3臺(tái)階式溢洪道的水面線 285
8.3臺(tái)階式溢洪道的速度場(chǎng) 287
8.3.1臺(tái)階式溢洪道上的流速等值線分布 287
8.3.2臺(tái)階斷面流速分布 289
8.4臺(tái)階式溢洪道的壓強(qiáng)場(chǎng) 291
8.4.1分流齒墩墩頭的壓強(qiáng)測(cè)點(diǎn)布置 291
8.4.2分流齒墩墩頭迎水面相對(duì)時(shí)均壓強(qiáng)沿墩高分布 292
8.4.3墩頭側(cè)面相對(duì)時(shí)均壓強(qiáng)沿墩高分布 293
8.4.4墩頭時(shí)均壓強(qiáng)系數(shù)沿橫斷面分布 294
8.4.5墩頭頂部壓強(qiáng)分布 296
8.4.6臺(tái)階式溢洪道上相對(duì)時(shí)均壓強(qiáng)分布 298
8.5消能效果 306
8.5.1紊動(dòng)能和紊動(dòng)耗散率 306
8.5.2消能率 311
參考文獻(xiàn) 312
第9章 摻氣分流墩設(shè)施與消力池聯(lián)合應(yīng)用水力特性的研究 313
9.1試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃驮囼?yàn)條件 313
9.2水舌擴(kuò)散的試驗(yàn)研究 314
9.2.1水舌最大射距的理論分析 314
9.2.2摻氣分流墩水舌射距計(jì)算 315
9.2.3最大射距計(jì)算方法在其他挑流消能工中的應(yīng)用 318
9.3消力池的壓強(qiáng)特性 319
9.3.1消力池壓強(qiáng)系數(shù)分析 319
9.3.2消力池時(shí)均壓強(qiáng)分布 320
9.3.3消力池底板脈動(dòng)壓強(qiáng)特性 323
9.3.4脈動(dòng)壓強(qiáng)的功率譜 324
9.3.5消力池下游水深的控制 325
9.4消力池的水流流態(tài)以及水躍特性 325
9.4.1消力池水流流態(tài) 325
9.4.2消力池水面線 326
9.4.3臨界水躍躍后水深和水躍長(zhǎng)度 327
9.4.4淹沒(méi)水躍條件下躍后水深與水躍長(zhǎng)度 327
9.5消力池水力特性研究 328
9.5.1消力池體型的確定 328
9.5.2消力池相對(duì)時(shí)均壓強(qiáng)特性 331
9.5.3消力池脈動(dòng)壓強(qiáng)分布 333
9.5.4消力池水面線的比較 334
9.5.5消力池水躍長(zhǎng)度的比較 336
9.6摻氣分流墩設(shè)施的消能效果 337
9.6.1不設(shè)摻氣分流墩設(shè)施時(shí)消力池水深和水躍長(zhǎng)度的計(jì)算 337
9.6.2摻氣分流墩設(shè)施與普通二元跌落水流消能效果的比較 337
參考文獻(xiàn) 340