大底坡泄洪管道明满流的水力特性

摘要

在上游库水位变化较大输水管道中，经常会在明流与满流之间出现过渡流态—明满交替水流。明满交替水流是输水系统中的一种复杂且不稳定水流，它往往会对建筑物造成冲击、空蚀等破坏。在坡度较陡且为高速水流的有压泄洪管道设计中如何避免管道内明满流出现，是一个极具有科学研究价值和经济意义的课题。本文对大底坡高速输水管道内明满流的水力特性进行了初步探索。　　由于明满流的形成与进水口前吸气漩涡有直接的关系，本文通过对进水口以及其进水口前面的不同结构布置形式研究，得出进水口布置形式对明满流的影响：进水口段的合理布置，进水口段的压力分布较好，在不出现较大的压力变化情况下，明满流出现范围也会得到很大的减小；进水口前设有消涡措施可以有效的阻挡和破坏漩涡的形成，也就相当于对明满流出现起到了抑制作用。　　在大底坡输水管道中，明满流的流量特性有其独特之处。在高速水流状态下，进入管道的气体随水流流走，气水之间的速度没有相对的滑移。Ⅰ因为具有明流和满流的二重性质，刚进入明满流时，水流的性质呈现接近明流的特点；随着库水位的升高，上下游水位落差的作用逐渐加强，有压流的性质加强；流量上升很快，与库水位有呈直线的关系。　　通过对不同方案的不同工况下管道内的压力分布的比较，发现在进水口段压力值越低时，管道内出现明满流现象的范围越大；进一步印证了进水口设计好坏对管道内明满流产生的直接作用。管道出水口段顶部压坡对明满流时管道内的压力分布也有提升作用。再从对各转折点处的脉动压力分析，发现管段之间衔接处的变化越大，那么导致脉动压力的波动幅度也越大。随着底坡很大的管道内水流流速的沿程增加，脉动压力的波动幅度也相应增大；而在底坡平缓的管道中脉动压力波动较小。最后，通过尝试建立数学模型对明满流时可能出现的最大、最小压力进行计算，由于气体和水流二者作用，其内部变化非常复杂，计算所得的结果存在一定的偏差，仍需要进一步的完善。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1明满流研究概况

1.2明满流研究的一些方法

1.3本文的研究对象及主要内容

2进口段形式与管道内明满流出现的关系

2.1模型介绍

2.2各方案的布置及其状况下的流态

2.3管道内明满流形成原因的分析

2.4关于防涡措施的探讨

2.5本章小结

3大坡度排洪管道的过流特性

3.1大坡度管道的过流特点

3.2管道的流量、流量系数分析

3.3本章小结

4管道中明满流的压力特点

4.1各方案的进口段压力分布

4.2各方案的出水口段压力分布

4.3各方案各转折点的压力分布

4.4压力的波动

4.5本章小结

5管道明满流的数值模拟试探

5.1明满流的数值模拟方法

5.2数学模型建立的思路

5.3本文采用的计算方法

5.4数值计算结果与试验数据的比较

6结束语

参考文献

在读期间科研成果简介

声明

致谢

附表一

附图