目錄
總序一
總序二
總序三
前言
第1章 臺階式溢洪道水力特性的研究現(xiàn)狀和問題 1
1.1臺階式溢洪道的研究現(xiàn)狀 1
1.2臺階式溢洪道研究的主要問題 6
參考文獻 7
第2章 臺階式溢洪道水力特性的試驗研究 9
2.1臺階式溢洪道的水流流態(tài) 9
2.2臺階式溢洪道的試驗模型 12
2.3臺階式溢洪道水面線和摻氣分布規(guī)律的研究 14
2.3.1臺階式溢洪道非摻氣水流水面線的研究現(xiàn)狀 14
2.3.2臺階式溢洪道非摻氣水流水面線新的計算方法 15
2.3.3臺階式溢洪道全流程水面線的計算 17
2.3.4臺階式溢洪道摻氣水流水面線和摻氣濃度的研究 22
2.4臺階式溢洪道的壓強分布規(guī)律 33
2.4.1臺階式溢洪道壓強分布規(guī)律的研究現(xiàn)狀 33
2.4.2臺階式溢洪道壓強分布規(guī)律的試驗研究 36
2.5臺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算公式 50
2.5.2臺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 55
第3章 臺階式溢洪道水力特性的數(shù)值模擬 58
3.1數(shù)值模擬在臺階式溢洪道上的應用狀況和計算模型 58
3.1.1數(shù)值模擬在臺階式溢洪道上的應用狀況 58
3.1.2計算模型 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計算模型的網(wǎng)格劃分 63
3.2.5邊界條件的處理 64
3.3臺階式溢洪道的水面線及水流流態(tài) 65
3.3.1不同時刻的自由水面線 65
3.3.2單個臺階上的水流流態(tài) 66
3.3.3不同工況下的自由水面線 67
3.4計算結果與試驗結果的對比 70
3.5臺階式溢洪道壓強場的研究 71
3.5.1臺階式溢洪道的壓強等值線分布 71
3.5.2臺階內的壓強分布規(guī)律 75
3.6臺階式溢洪道的流速場 88
3.7臺階式溢洪道消能率的研究 91
3.7.1溢洪道壩面紊動能和紊動耗散率的分布規(guī)律 91
3.7.2臺階式溢洪道臺階內紊動能和紊動耗散率的分布規(guī)律 94
3.7.3臺階式溢洪道的消能率 94
參考文獻 96
第4章 臺階式溢洪道與摻氣挑坎聯(lián)合應用水力特性的試驗研究 97
4.1試驗模型 97
4.2設摻氣挑坎后臺階式溢洪道的水流流態(tài) 99
4.3設摻氣挑坎后臺階式溢洪道的水面線 101
4.4設摻氣挑坎后臺階式溢洪道的相對時均壓強分布 103
4.4.1臺階水平面的相對時均壓強分布 103
4.4.2臺階豎直面的相對時均壓強分布 108
4.4.3臺階水平面的相對時均壓強沿程分布 112
4.4.4臺階豎直面的相對時均壓強沿程分布 117
4.4.5脈動壓強測點布置 121
4.4.6臺階水平面脈動壓強分布 121
4.5設摻氣挑坎后臺階式溢洪道的水流摻氣濃度 125
4.5.1設摻氣挑坎后臺階式溢洪道的水流摻氣現(xiàn)象 125
4.5.2空腔長度的確定 125
4.5.3設摻氣挑坎情況下?lián)綒饨粎R點位置的確定 128
4.5.4設摻氣挑坎情況下通氣孔通氣量的確定 128
4.5.5設摻氣挑坎情況下臺階式溢洪道摻氣濃度分布 130
4.5.6增加臺階式溢洪道摻氣濃度的措施 137
4.6設摻氣挑坎后臺階式溢洪道的消能 138
4.7摻氣挑坎與臺階式溢洪道聯(lián)合應用的其他研究成果 138
參考文獻 141
第5章 臺階式溢洪道與摻氣挑坎聯(lián)合應用水力特性的數(shù)值模擬 142
5.1計算模型 142
5.2紊流模型及控制方程 143
5.3帶有摻氣挑坎的臺階式溢洪道的三維數(shù)值模擬 144
5.3.1劃分計算網(wǎng)格 144
5.3.2選擇計算模型及求解器類型 144
5.3.3設定邊界條件 145
5.3.4流場初始條件 145
5.3.5求解計算 145
5.4三維數(shù)值模擬計算結果與分析 145
5.4.1臺階式溢洪道不同時刻的自由水面線 145
5.4.2臺階式溢洪道的水流流態(tài) 146
5.4.3計算結果與試驗結果的對比 148
5.5臺階式溢洪道的流速場 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臺階式溢洪道的邊界層發(fā)展 158
5.6臺階式溢洪道的壓強場 159
5.6.1臺階式溢洪道壓強等值線分布 159
5.6.2單個臺階水平面的壓強分布 161
5.6.3單個臺階豎直面壓強測點布置 165
5.6.4單個臺階豎直面壓強分布 165
5.6.5臺階水平面壓強的沿程分布 169
5.6.6臺階豎直面壓強的沿程分布 171
5.7臺階式溢洪道的消能 173
5.7.1單個臺階紊動能和紊動耗散率的分布規(guī)律 173
5.7.2紊動能和紊動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摻氣挑坎的空腔長度和通氣量 178
參考文獻 179
第6章 摻氣分流墩設施水力特性的試驗研究 180
6.1摻氣分流墩設施的體型和特點 180
6.1.1摻氣分流墩設施的體型 180
6.1.2摻氣分流墩設施的特點 181
6.2摻氣分流墩設施的原型觀測和應用 182
6.3摻氣分流墩設施收縮比的研究 184
6.3.1試驗模型 184
6.3.2收縮比對水舌挑距的影響 185
6.3.3收縮比對消力池壓強特性的影響 189
6.3.4收縮比對消能效果的影響 190
6.4摻氣分流墩墩頭壁壓特性的研究 191
6.4.1墩頭時均壓強特性 191
6.4.2墩頭脈動壓強特性 197
6.4.3墩頭頻譜特性和振動特性 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試驗模型 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 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摻氣分流墩設施的消能量 208
6.7分流齒墩設施簡介 210
6.7.1試驗條件和試驗模型 210
6.7.2影響分流齒墩設施消能效果因素分析 211
參考文獻 215
第7章 臺階式溢洪道與分流齒墩摻氣設施聯(lián)合應用水力特性的試驗研究 216
7.1試驗模型 216
7.2分流齒墩摻氣設施體型的確定 217
7.2.1分流齒墩摻氣設施的組成及作用 217
7.2.2分流齒墩摻氣設施的位置 218
7.2.3水平摻氣坎的高度 218
7.2.4側墻摻氣坎的高度 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分流齒墩摻氣設施的出射水流流態(tài) 223
7.3.2臺階式溢洪道上的水流流態(tài) 224
7.3.3分流齒墩摻氣設施與臺階式溢洪道聯(lián)合應用的水面線 225
7.3.4臺階式溢洪道邊墻水面線 227
7.4壓強分布 228
7.4.1齒墩墩頭動水壓強測點布置 228
7.4.2齒墩墩頭時均壓強沿墩高分布 229
7.4.3臺階式溢洪道水舌沖擊區(qū)壓強分布規(guī)律 234
7.4.4臺階式溢洪道的壓強分布 237
7.5臺階上的摻氣濃度分布 251
7.5.1摻氣現(xiàn)象 251
7.5.2臺階式溢洪道上的摻氣濃度 252
7.6分流齒墩摻氣設施與臺階式溢洪道聯(lián)合應用的消能效果 266
7.6.1消能機理 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分流齒墩摻氣設施與臺階式溢洪道聯(lián)合應用的設計方法 268
參考文獻 278
第8章 臺階式溢洪道與分流齒墩摻氣設施聯(lián)合應用水力特性的數(shù)值模擬 279
8.1計算模型的建立 279
8.1.1計算模型 279
8.1.2計算模型的網(wǎng)格劃分 280
8.1.3邊界條件的處理 281
8.1.4求解器的設置 281
8.2分流齒墩摻氣設施與臺階式溢洪道聯(lián)合應用的水流流態(tài) 282
8.2.1臺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臺階式溢洪道的水面線 285
8.3臺階式溢洪道的速度場 287
8.3.1臺階式溢洪道上的流速等值線分布 287
8.3.2臺階斷面流速分布 289
8.4臺階式溢洪道的壓強場 291
8.4.1分流齒墩墩頭的壓強測點布置 291
8.4.2分流齒墩墩頭迎水面相對時均壓強沿墩高分布 292
8.4.3墩頭側面相對時均壓強沿墩高分布 293
8.4.4墩頭時均壓強系數(shù)沿橫斷面分布 294
8.4.5墩頭頂部壓強分布 296
8.4.6臺階式溢洪道上相對時均壓強分布 298
8.5消能效果 306
8.5.1紊動能和紊動耗散率 306
8.5.2消能率 311
參考文獻 312
第9章 摻氣分流墩設施與消力池聯(lián)合應用水力特性的研究 313
9.1試驗模型和試驗條件 313
9.2水舌擴散的試驗研究 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算 315
9.2.3最大射距計算方法在其他挑流消能工中的應用 318
9.3消力池的壓強特性 319
9.3.1消力池壓強系數(shù)分析 319
9.3.2消力池時均壓強分布 320
9.3.3消力池底板脈動壓強特性 323
9.3.4脈動壓強的功率譜 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度 327
9.4.4淹沒水躍條件下躍后水深與水躍長度 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消力池相對時均壓強特性 331
9.5.3消力池脈動壓強分布 333
9.5.4消力池水面線的比較 334
9.5.5消力池水躍長度的比較 336
9.6摻氣分流墩設施的消能效果 337
9.6.1不設摻氣分流墩設施時消力池水深和水躍長度的計算 337
9.6.2摻氣分流墩設施與普通二元跌落水流消能效果的比較 337
參考文獻 340