齿型堰与Z型堰水流特性实验研究

摘要

齿型堰和Z型堰作为新型堰，不仅能够用来挡水、泄水，而且具有良好的景观效果，与城市景观相融合，兼具挡水/泄水与城市景观的功能。但目前对于齿型堰水流特性的研究较少，对Z型堰未见到研究成果，致使在实际工程设计中泄流量计算无依据。因此，本文通过理论分析、物理模型实验对齿型堰和Z型堰的水流特性进行了初步的研究。
　　在理论分析方面，利用能量方程推导得到齿型堰的流量公式，基于量纲分析法推导了Z型堰的流量公式。在物理模型实验方面，对不同体型参数和水力参数下齿型堰和Z型堰的流态特征、过流能力等方面进行了实验研究。首先观测了齿型堰和Z型堰的水流流态，并绘制了过堰水流水面线和堰后流速分布图；然后根据实测资料，比较和分析了不同流量、不同体型参数的齿型堰和Z型堰的过流能力及其影响过流的主要影响因素，并拟合出齿型堰和Z型堰综合流量系数的计算公式。综合以上研究，主要研究成果包括：
　　（1）在自由出流情况下，齿型堰流与薄壁堰流类似，水流稳定，下游河道水流分布均匀；Z型堰流要相对复杂，下游河道水流分布不均。
　　（2）齿型堰的过流能力小于与其低堰高度相同的直线正交堰的过流能力，齿越宽、齿越高过流能力越小；Z型堰的过流能力大于与其相同堰高的直线正交堰的过流能力，展宽比越大，过流能力越大。
　　（3）研究结果表明，影响齿型堰流量系数的主要因素是堰顶水头与堰高之比、堰齿宽度和堰齿高度；影响Z型堰流量系数的主要因素是堰顶水头与堰高之比、展宽比和前后堰宽度比。
　　（4）在自由出流情况下，综合考虑各影响因素对流量系数的影响，利用统计分析的方法分别得到了齿型堰综合流量系数计算公式、Z型堰综合流量系数计算公式，可供工程设计中过堰流量的计算使用。

目录

声明

主要符号说明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及技术路线

1.4 研究创新

2 实验设计与方法

2.1 实验系统

2.2 实验模型

2.3 实验方案

2.4 实验测试

2.5 小结

3 齿型堰实验结果与分析

3.1 齿型堰水流特性

3.2 堰顶水头H与流量Q的关系

3.3 齿型堰流量公式

3.4 齿型堰流量系数

3.5 齿型堰流量系数mc0计算公式

3.6 本章小结

4Z型堰实验结果与分析

4.1 Z型堰水流特性

4.2 Z型堰过堰流量计算公式

4.3 Z型堰过流能力分析

4.4 Z型堰的流量系数

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

8 攻读学位期间发表论文情况