斜交实用堰过流能力及水力特性的试验研究及数值模拟

摘要

受自然河床边界条件的限制，中小型水利工程中斜交实用堰经常为设计者采用，但斜交实用堰过流能力的确定，是困扰设计人员的一个技术难题。本文基于陕西延长石油富县电厂项目曹村厂址防洪工程斜交实用堰的工程案例，主要采用物理模型试验方法，并辅以理论分析、数值模拟方法，对不同斜交角、不同流量下的斜交实用堰展开研究，得到如下主要研究结果： 1.结合水利工程实践中所遇到的问题，指出斜交实用堰在实际工程运用中的必要性。总结分析了有关斜交堰的研究现状，在传统斜交堰研究成果的分析掌握的基础上，基本明确了影响斜交实用堰过流能力的两大主要因素。 2.通过模型试验结果可知，斜交实用堰堰上水头均低于等渠宽条件下的正交堰堰上水头，初步表明斜交实用堰过流能力整体上是增大的。 3.试验结果分析表明，斜交实用堰上游行进流速水头，均大于等渠宽条件下的正交堰，斜交实用堰在低水头运行时，行进流速变化趋势与高水头情况相反，显示斜交实用堰在低水头情况下，是一种特殊的、有利的运行状态。 4.通过模型试验详细观测分析斜交实用堰上游流场特性，并结合多个方案数值模拟结果的对比，表明正常设计斜交角度下，斜交实用堰上游不会出现类似于侧堰上游所存在的回流区，斜交实用堰上游主流流线发生偏转和偏移的程度与流量大小有关。 5.通过理论分析，明确给出了影响斜交实用堰流量系数的主要因素，并结合模型试验数据，拟合出计算斜交实用堰流量系数的计算式。公式形式简单，精度高，方便工程人员使用。 6.通过对比模型试验结果与数值模拟结果，表明运用FLOW-3D软件对斜交实用堰进行数值模拟的方法是可行的。并且再次验证了斜交实用堰流量系数计算式的精度，以及有关影响斜交实用堰过流能力的两大方面作用分析的合理性。

目录

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 研究现状

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究方法

1.3.3 研究路线

第二章 试验平台概述

2.1 斜交实用堰堰型设计

2.2 模型系统简介

2.3 试验测点布置

2.4 试验工况

2.5 试验仪器介绍

第三章 斜交实用堰上游流场特性分析

3.1 斜交实用堰堰上水头

3.2 斜交实用堰上游行进流速

3.3 斜交实用堰上游流场特性

3.3.1 30°斜交堰上游流场特性分析

3.3.2 45°斜交堰上游流场特性分析

3.3.3 60°斜交堰上游流场特性分析

3.4 斜交实用堰上游主流方向偏移

3.5 本章小结

第四章 斜交实用堰过流能力分析计算方法

4.1斜交实用堰过流能力影响因素的量纲分析

4.2 斜交实用堰流量系数的确定

4.3 本章小结

第五章 斜交实用堰的数值模拟

5.1 模型建立

5.2 模型计算

5.3 数值模拟结果分析

5.3.1 物理模型与数值模拟堰上水深对比

5.3.2 斜交实用堰数值模拟堰上流场对比分析

5.4 数值模拟结果对公式的验证

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要研究结论和成果

6.2 主要创新点

6.3 有待进一步开展的工作

参考文献

致谢

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