台阶式溢洪道滑行水流的相对水头

为了研究台阶式溢洪道的消能特性,将台阶溢洪道与光滑溢洪道沿程的总水头进行对比,引入台阶式溢洪道相对水头的概念.通过3个工程的台阶式溢洪道模型试验,坡度为1 ∶2.0~1 ∶0.9,台阶高度为0.5~2.0 m,对影响相对水头的主要因素:流程长度、单宽流量、台阶高度、坡度等进行了研究.结果表明,在滑行水流条件下,台阶式溢洪道沿程相对水头小于0;相对水头与流程长度呈良好的线性关系,相关系数为0.998 3~0.999 8;相对水头与单宽流量无关,不同流量条件同一断面的相对水头基本相等,相对误差不超过4.5%,而台阶高度、溢洪道坡度对相对水头影响较大,台阶高度越高、坡度越大,相对水头绝对值越大.试验资料证实了相对水头具有良好的水力规律,便于应用分析,可为台阶溢洪道设计提供参考.     

台阶式溢洪道相对流速和相对佛汝德数关系研究

台阶式溢洪道广泛应用于水利工程中,是研究的热点。流速和佛汝德数是重要的水力参数。将台阶式溢洪道流速、佛汝德数与对应光滑溢洪道的水力参数对比,引入相对流速、相对佛汝德数的概念,准确地反映台阶部分对水流流速及佛汝德数的改变。通过对0.5、1.0、2.0m3个不同台阶高度,坡度为38.66°的台阶式溢洪道进行试验研究,探讨了相对流速和相对佛汝德数之间的关系。结果表明非均匀流流态下相对流速和相对佛汝德数表现出良好线性关系,相关系数0.993 5~0.999 4。单宽流量不同,相对流速和相对佛汝德数对应直线斜率有明显变化,单宽流量大,斜率大;台阶高度对相对流速和相对佛汝德数表现出的直线倾斜程度几乎没有影响。     

台阶式溢洪道消能规律

为探讨台阶式溢洪道消能特性及水流的紊乱特性规律,将台阶式溢洪道与对应光滑溢洪道对比研究,通过试验数据计算出台阶式溢洪道消能率、阶顶断面弗劳德数,试算求出对应光滑溢洪道水力参数,用台阶式溢洪道消能率减去对应光滑溢洪道消能率得到相对消能率,光滑溢洪道断面弗劳德数减去对应台阶式溢洪道阶顶断面弗劳德数得到相对弗劳德数.两水力参数反映了台阶式溢洪道相对光滑溢洪道对消杀能量大小及水流紊乱剧烈程度.通过对26.57°,32.01°,33.69°,38.66°,51.3°这5组不同坡度,1.43~6.67 cm台阶高度的21组模型试验研究,探讨了相对消能率和相对弗劳德数之间关系,结果表明相对弗劳德数和相对消能率沿程呈线性关系,相关系数为0.993 7~0.999 5.且相同相对弗劳德数,单宽流量大对应相对消能率也大;台阶高度变化对直线关系影响很小;坡度对直线关系影响复杂,较小坡度同一单宽流量,坡度越大相对消能率越小,坡度较大时同一单宽流量,坡度大对应相对消能率大.相对消能率和相对弗劳德数的直线规律体现出台阶式溢洪道独特的水力特性,为探究其消能机理提供了重要依据.     

坡面薄层水流滚波演变规律试验研究

为探求坡面薄层水流滚波产生机理及其演化规律,采用变坡水槽试验,结合超声波测量技术,研究了5种坡度和21种单宽流量下坡面薄层水流的水力特性及失稳特征。结果表明,试验条件下,坡面水流流态指数平均值为0.536,水流流态以紊流为主,流型为急流;特定粗糙床面条件下,随着流量的增加,水流经历失稳到滚波猝灭再到二次失稳的演变过程;滚波猝灭临界流量随着坡度的增大而逐渐减小,其临界雷诺数在509~602之间,临界弗汝德数在3.29~7.39之间;随着流程长度的增加,滚波的波速变化不大,波长和波高逐渐增大,频率逐渐减小,滚波发生沿程聚合现象;当单宽流量和坡度增大时,波速和频率均随之增大,波长变幅不大,而波高呈现先增大后减小的抛物线型变化趋势。     

薄层水流水力特性试验研究

对粘砂床面的薄层水流进行定床试验,研究了不同流量、坡度下薄层水流的水力学参数(流态、水深、流速及阻力系数)随坡度和流量的变化规律。结果表明:水流雷诺数Re随着坡度和流量的增大而增大,但Re主要是由流量决定的,坡度对Re的影响不大,水流流态基本上在过渡流区和紊流区;平均水深-单宽流量,流速-单宽流量,水流阻力系数-单宽流量均成很好的幂函数形式,平均水深和流速均随单宽流量的增大而增大,阻力系数随着单宽流量的增大而减小。     

土壤冻结对黄土细沟水流流速的影响

细沟水流流速是冻土和未冻土坡面水文过程的重要参数,与冻融坡面土壤侵蚀和泥沙输移密切相关。试验在长8 m、宽0.1 m、深0.12 m的土槽内填装深度为0.05 m的陕西安塞黄绵土坡面进行。设定坡度为5°、10°、15°、20°,流量为1、2、4、8 L/min,通过测量冻土与未冻土坡面细沟水流前锋流经整个土槽所用时间,计算水流的前沿流速,对比2种坡面上水流前沿流速的关系,研究冻结对水流流速的影响,同时采用电解质示踪法计算水流的优势流速,分析优势流速与前沿流速的关系。不同工况下,冻土坡面前沿流速在0.260~0.843 m/s之间,未冻土坡面水流前沿流速在0.175~0.552 m/s之间;冻土和未冻土坡面上,随坡度、流量的增大,前沿流速增大,增大率在缓坡(5°~10°、10°~15°)时逐渐减小,流量较小(1、2、4 L/min)时,流量增大,坡度对前沿流速增大率的影响也逐渐减小;坡度和流量对冻土坡面水流前沿流速的影响大于对未冻土坡面水流前沿流速的影响;冻土和未冻土坡面前沿流速均随坡度和流量的增大近似呈幂函数增大;在试验条件下,冻土坡面前沿流速和优势流速比未冻土坡面大43%和40%;冻土和未冻土坡面上优势流速和前沿流速的比值分别为0.61和0.63,表明该系数可以用于标定前沿流速。试验结果可为冻土坡面与未冻土坡面水流动力过程研究提供参考。     

砒砂岩坡面薄层水流水力冲刷特性试验研究

试验利用室内变坡度水槽,选取5种(5°,10°,15°,25°,35°)坡度和5种(280,420,550,650,900 L/h)流量进行25组叠加组合模拟室内薄层水流冲刷试验.结果表明:坡度一定时,冲蚀率随流量递增,增长幅度受坡度影响,在15°～35°存在着临界坡度值;无降雨条件下小于临界坡度时,冲蚀率与能坡之间满足多项式关系;冲蚀过程中坡面薄层水流流态属于层流中的急流,冲蚀细沟的产生与水流弗罗德数和雷诺数有关;小于10°时,水流剪切应力和水流功率不受流量的影响,小于420 L/h时,坡度的影响也并不是特别明显,坡度对流速的影响大于流量的影响,这导致了坡度对单位水流功率的影响更大;单宽流量与能坡对冲蚀率的影响较大,并建立了冲蚀率的拟合模型,此模型可以满足砒砂岩大角度的冲刷.     

喷灌塑料管道水力阻力系数λ的实验研究

实验是在水头59m,管长234m,以及水头24m,管长扣一99m的两处坡度均一的测试场进行的。通过对硬聚氯乙烯管、改性聚丙烯管和无缝钢管等八种不同口径的管道的测试（场地布置见图1）,初步研究了常用喷灌管道沿程阻力系数人的变化、水头损失与流速的关系、管流在不同水头下的变化,进而求出塑料管道水力计算经验公式。图1第一测试场布置示意囹1塑料管道水力阻力系数人的实验1．l输水管阻力系数人的变化山区自压喷灌管道多属长管型,水头损失主要是沿程损失,局部损失较小,可忽略不计。此次测试只考虑由沿程阻力引起的沿程水头损失。试验时,…     

射流三通连接滴灌带的水力性能沿程变化规律

为了探究滴灌带沿程水力性能的变化规律,在射流三通进口流量为0.1~1.2 m³/h的范围内,开展射流三通进口流量与出口水头振幅的水力性能试验,发现射流三通连接脉冲滴灌系统的流量阈值为0.2~0.8 m³/h;在脉冲滴灌系统流量阈值的范围内,开展射流三通连接滴灌带沿程脉冲参数试验,研究射流三通连接60 m滴灌带沿程脉冲性能的变化规律,发现当滴灌带进口水头振幅大于1 m时,沿程水头振幅的衰减速率存在突变点,沿程脉冲频率先增大后减小,射流三通在整条滴灌带上均能产生脉冲水流的进口流量设计范围是0.5~0.8 m³/h.在射流三通进口流量的设计范围内,开展稳压滴灌和脉冲滴灌的同台对比试验,结果表明,射流三通连接滴灌带内的水头损失比普通三通连接滴灌带内的降低62.5%~83.3%,灌水均匀系数提高了0.6%~0.9%,流量偏差率降低了1.2%~4.1%;进口流量为0.7 m³/h时,射流三通连接滴灌带灌水均匀度最高.     

典型堤防溃口水力特性的试验研究

堤防溃口水流十分复杂,了解其水力特性是溃口堵复的基础。利用聚类分析确定的典型溃口特征值,建立了溃口水力模型,进行了溃口流场流态与基本水力要素的观测试验。针对堤防溃口区的复杂流态,利用VDMS系统记录分析了水流流速在溃口区域的分布特性,对堤防溃口中后期水力参数变化规律进行了归纳总结。试验结果表明流场流速最大点出现在溃口口门处,流速一般在4.81～5.80 m/s;溃口下游两侧洪泛区存在大范围涡流现象,回流流速一般在0.64～0.92 m/s;溃口上下游水位～流量与水位～流速的变化规律具有互补性特点,溃口无量纲水位差与单宽水流功率和水深存在相关关系;研究成果深化了对溃口水力特性的认识,为溃口堵复技术研究提供了技术参数。     

不同示踪法测量砾石层中水流流速研究

采用室内试验,用平均粒径约2cm的砾石,在长4m、宽15cm、高50cm的水槽内堆积厚为5cm的砾石层,在坡度为4°、8°、12°和流量为3、6、12L/min条件下,距离电解质脉冲发生器0.3、0.6、0.9、1.2、1.5m处放置探针,测量电导率变化过程,计算水流的最大流速、优势流速和平均流速,并用染色剂示踪法对比砾石层中水流的最大测量流速。结果表明,试验所用各工况,流量对流速的影响不显著,坡度增大,流速明显增大。试验条件下,水流的优势流速变化范围为0.031~0.070m/s,优势流速与最大流速的比值稳定,在0.81~0.83之间。平均流速与优势流速的比值随坡长的增加逐渐增大,增长的速率逐渐减小并趋于稳定。平均流速与最大流速的比值在0.68~0.78之间,并随距离的增加稍有增大。     

含沙量对坡面流水动力学特性的影响研究

基于系列室内水槽冲刷试验,定量研究了在9°坡度、不同流量条件下含沙量对坡面流水动力学参数的影响。结果表明:随含沙量增加,水流雷诺数Re减小,水流紊动强度减弱。弗劳德数、水流流速及流速修正系数α随含沙量增加先呈减小趋势,当含沙量S>300 kg/m3时,各值均突然增大,并随含沙量的进一步增加趋于稳定,表明此时水流型态发生变化,α均值为0.554。含沙水流和清水水流能量损失比较标准不同,得到的结论也不相同。当S<300 kg/m3时,以相同Re或相同单宽流量作为比较标准,含沙水流阻力系数均大于清水对应值;当S>300 kg/m3时,以相同的Re作为比较标准,则含沙水流阻力系数小于清水对应值,以相同的单宽流量作为比较标准,则含沙水流阻力系数大于清水对应值。     

微喷带水力特性的试验分析研究

本文采用试验方法对微喷带水力特性进行了分析,确定了微喷带沿程水头损失公式参数,通过多元线性回归得到沿程水头损失公式,探究了水头损失与首端流量和微喷带的铺设长度的关系、压强和流量的关系,从而得到微喷带相关的水力特性,为微喷带的实际应用提供理论依据,仅供参考。     

U形渠道平板闸门过流能力试验研究

【目的】实现U形渠道闸门测流,设计U形渠道平板闸门并进行试验研究,分析其水力性能,建立流量公式。【方法】流量范围10～50 L/s内,控制闸门开度e,进行U形渠道平板闸门过流能力试验,根据沿程水深、佛汝德数Fr、水头损失等水力参数分析了U形平板闸门孔流与堰流分界点的判定依据及过流能力,建立了不同流态的闸孔出流公式。【结果】U形平板闸门孔堰流判定依据相对开度e/H(H为闸前稳定水头)接近1,Fr沿程分布规律较统一,平均相对水头损失达7%,流量公式误差小于3.5%,不易出现自由出流。【结论】U形平板闸门水头损失较小,水力性能较优,流量公式的测流精度较高,可为灌区U形渠道流量测量提供依据。     

闸坝式枢纽工程闸前导水墙体形优化研究

闸坝式枢纽工程边界条件在库区到闸室段突然收缩,闸室过流单宽流量大、水头高,闸前进水口处易出现水流流态差和间歇性吸气漩涡等问题。为研究并选用合理的导水墙体形,分析闸前进水口处水流流态、流线分布、表面流速、漩涡分布及横向水位差等水力条件,采用数值模拟分析方法,对某闸坝式枢纽工程闸前导水墙体型布置方案进行优化,并用物理模型试验进行验证分析。结果表明优化方案在闸前近坝区束窄河床的导水墙体形布置,可有效改善进水口水流流态,减小闸前水流横向流速,并消除了间歇性吸气漩涡。     

仿舵型量水槽体形模拟研究

【目的】探索具有水流平顺、流态稳定、测流准确、水头损失小等优良特性的量水槽线形。【方法】针对基于水下装备流线型体构造的量水槽,选取4种量水槽体形,运用数值模拟方法研究不同体形的量水槽在不同流量条件下的流速分布、水面线、佛汝德数、水头损失、壅水高度等水力性能。【结果】流线型体扩散段较陡时,仿舵型量水槽的壅水高度和水头损失相对较小。不同流量条件下,4种体形的量水槽上游佛汝德数均低于0.5;壅水高度均低于3 cm;计算流量与模拟流量的平均误差为2.42%,测流精度较高,且均具有较小的水头损失。【结论】卡克斯仿舵型量水槽在各流量条件下的水面线均较为平稳且流速分布更加均匀,在不同流量条件下其水头损失均小于0.35 cm,测流精度大于98.27%,水力性能最优,可作为仿舵型量水槽的基本体形。     

轴伸式出水流道内流场数值模拟分析

为了探讨在导叶出口剩余环量影响下轴伸式出水流道的水力性能,对不同水力模型及不同叶片安放角下的后置轴伸式泵装置采用全结构化网格进行了数值模拟计算,并与实验结果对比验证模拟结果的可信度。对轴伸式出水流道的水力性能进行了分析,发现轴伸出水流道内部流态受导叶出口剩余环量的影响较大,尤其是对小流量工况。水力损失系数不再是某一常数,而是受流态分布相关的一变量。通过对比不同叶片安放角及不同比转数叶轮的出水流道进口断面平均涡角与水力损失系数关系发现,轴伸式出水流道的水力损失系数与进口断面的平均涡角存在一最优值,本次模拟计算下2副叶轮的最优平均涡角4°~5.3°下的水力损失系数为1.62×10~(-4)m·s~2/L~2。通过分析静压与总压沿流线方向的变化趋势明确了小流量工况下环量是引起水力损失的原因,而在大流量工况下流量是引起水力损失的主要原因。     

薄壁微喷带沿程水头损失试验研究

【目的】研究薄壁型微喷带沿程水头损失的水力性能。【方法】采用控制变量法与L9(34)正交试验方案,对折径为N43、N45、N50、N64 mm的微喷带进行沿程水头损失水力性能试验,获取流量、长度、折径与水头损失等试验数据,分析流量、长度、折径三因素对沿程水头损失的影响程度以及水头损失相关水力性能参数,提出了沿程阻力系数,对沿程水头损失计算公式参数进行修改,得出了薄壁型微喷带水头损失计算参数。【结果】薄壁型微喷带沿程水头损失随着压力与铺设长度的增大而增大;折径、流量、长度的F值分别为90.314、26.056、19.041,表明对沿程水头损失影响依次减小。【结论】采用修改后的沿程水头损失计算参数计算薄壁型微喷带沿程水头损失值与试验值吻合较好。     

外凸型阶梯陡槽段水力特性试验研究

溢洪道陡槽段设置不连续的外凸型阶梯之后,可明显降低陡槽段流速,增大泄流的消能率,简化其下游消能设施。在水力模型试验的基础上,对陡坡段坡度1∶1和1∶1.5的外凸型阶梯陡槽段泄流流态进行观察和测试,对这两种坡度的外凸型阶梯陡槽段应用条件进行分析,提出了坡度为1∶1.5的外凸型阶梯陡槽段泄流水面掺气断面位置和水深的计算方法。应用本文成果和结合前期的研究成果,可将外凸型阶梯陡槽段泄流水面掺气断面位置和水深计算的坡度范围由1∶2~1∶6扩展为1∶1.5~1∶6,并可进一步计算出相应坡度水面掺气断面下游掺气水流区段的沿程水深和消能率。     

基于FLOW-3D平台的景观瀑布水力模拟试验研究

通过对景观瀑布水力模拟试验研究,定性提出了镜面水舌长度—单宽流量、堰顶水头—单宽流量的关系曲线,找出了水舌姿态与流量等水力要素的相关性并确定水力设计的相关参数.