面积收缩比对齿墩式内消能工水力特性影响的研究

摘要

本文结合山西省自然科学基金《齿墩式内消能工水力特性试验研究》，在前期研究的基础上，对试验方案进行调整与优化，进行了五种不同面积收缩比（0.375、0.44、0.5、0.56和0.625）齿墩式消能工和同样面积收缩比洞塞消能工的物理模型试验。使用高精度压力传感器与DOP3010流速仪对不同流量下十个试验方案的压力与流速进行了测量。本文对五种齿墩式消能工的过流能力、消能率、压强特性和流速特性进行了分析，同时对比了两种消能工的过流能力、消能率和脉动压强沿程变化，得出了以下结论:
　　1.面积收缩比对齿墩式消能工的过流能力决定性的影响，随着面积收缩比的增加，过流能力增强，面积收缩比从0.375增大到0.625，流量系数从0.4增大到0.95。
　　2.随着面积收缩比的增加，水头损失系数减小，面积收缩比从0.375增大到0.625，水头损失系数从5.868减小到1.063。
　　3.同一流量下，消能率随着面积收缩比的增加而减小;各方案的消能率随着流量的增加而增加，在试验范围内，方案A1的消能率最高可以达到78％。
　　4.五种不同面积收缩齿墩式消能工的时均压强沿程变化规律基本相同，在-0.2D处开始降低，在0.2D处均达到最小值，接着开始恢复然后趋于平稳，随着面积收缩比的增大，时均压强在齿墩后的恢复长度越短，各方案时均压强降幅随着减小。在试验范围内，面积收缩比变化时，时均压强降幅在1.46kPa～9.83kPa范围内。
　　5.五种不同面积收缩比齿墩式消能工的脉动压强沿程变化规律基本相同，在齿墩段前基本平稳且无量纲脉动压强Cp基本相同，在齿墩段附近增长然后降低最后趋于平稳。随着面积收缩比的增加，恢复长度逐渐减小，脉动压强系数的最大值减小，方案A1脉动压强系数的最大值为0.67.
　　6.五种不同面积收缩比的齿墩式消能工试验方案在有机玻璃管道进口段与出口段的流速分布规律基本相同，呈指数形式分布，贴近管壁地方的流速比较小，中心位置及上下0.4D的范围内基本上接近，齿墩段进口处与出口处流速会出现不同程度的反向流速。
　　7.相同面积收缩比的齿墩式消能工与洞塞消能工相比，齿墩式消能工过流能力相对较差，洞塞消能工的流量系数比齿墩的流量系数大0.013～0.036。
　　8.同一面积收缩比下，齿墩式消能工的消能能力略优于洞塞消能工，各工况下齿墩式消能工消能率比洞塞消能率大0.70％～2.68％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 研究现状与发展趋势

1．2．1 内消能工分类及研究现状

1．2．2 洞塞消能工研究现状

1．3 主要研究内容

第二章 试验装置及试验方案

2．1 试验装置设计

2．2 试验方案设计

2．3 流量测量设备及参数

2．4 压力测点的布置及压力的测量

2．4．1 压力测点的布置

2．4．2 压力测量设备及参数

2．5 流速测量设备及参数

2．5．1 流速测点的布置

2．5．2 流速测量设备及参数

第三章 过流能力与消能特性分析

3．1 过流能力分析

3．2 消能特性分析

3．2．1 水头损失系数

3．2．2 消能率分析

3．3 本章小结

第四章 沿程压强特性分析

4．1 时均压强沿程分布

4．1．1 时均压强理论

4．1．2 时均压强的沿程分布

4．2 脉动压强沿程分布

4．2．1 脉动压强理论

4．2．2 脉动压强沿程分布

4．2．3 脉动压强最大点压强随时间的变化

4．3 本章小结

第五章 流速特性分析

5．1 流场理论分析

5．2 断面平均流速分析

5．2．1 实测值与理论值对比

5．2．2 各断面流速分布

5．2．3 断面流速矢量图

5．3 紊动强度

5．4 本章小结

第六章 两种内消能工的对比

6．1 两种消能工的过流消能特性对比

6．1．1 过流能力对比

6．1．2 消能率对比

6．1．3 水头损失系数

6．2 两种内消能工脉动特性对比

6．3 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文及参加的工程项目