【摘要】：齒墩式內(nèi)消能工屬于一種特殊的突擴(kuò)突縮式消能工,是在有壓管道或隧洞中設(shè)置齒墩,使過(guò)流斷面突然收縮和擴(kuò)大,導(dǎo)致水流流線發(fā)生劇烈變化,產(chǎn)生旋滾,從而消除水流中的能量。課題組前期對(duì)齒墩式內(nèi)消能工水力特性進(jìn)行了一系列的研究,主要包括齒墩數(shù)量、面積收縮比、齒墩高度、相對(duì)長(zhǎng)度等因素對(duì)其過(guò)流能力、消能率、壓強(qiáng)特性、空化特性的影響。本論文是在前期二級(jí)齒墩式內(nèi)消能工的研究基礎(chǔ)上,選擇兩級(jí)體型相同(面積收縮比為0.5,齒墩數(shù)目為4)的齒墩,采用多普勒流速儀對(duì)齒墩間距為40cm的消能工的流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量,分析其時(shí)均流速和脈動(dòng)強(qiáng)度的分布規(guī)律,然后通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)不同齒墩間距二級(jí)齒墩式消能工進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,分析齒墩間距的變化對(duì)時(shí)均流速和紊動(dòng)能分布規(guī)律的影響。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:1.通過(guò)對(duì)齒墩間距為40cm的二級(jí)齒墩式內(nèi)消能工在不同流量(3L/s-18L/s)的情況下,各測(cè)量斷面瞬時(shí)流速的試驗(yàn)測(cè)量,詳細(xì)分析了水流沿縱向有間隙剖面和有齒墩剖面的時(shí)均流速分布和脈動(dòng)強(qiáng)度分布規(guī)律,,其主要流場(chǎng)特征有:(1)沿管道流動(dòng)方向中心軸的時(shí)均流速最大值出現(xiàn)在兩級(jí)齒墩段內(nèi),即距第一級(jí)齒墩進(jìn)口0.5D和3.2D處,其中,一級(jí)齒墩處的最大時(shí)均流速為斷面平均流速的2.2倍,二級(jí)齒墩處的最大時(shí)均流速為斷面平均流速的2.5倍,二級(jí)齒墩的最大時(shí)均流速大于一級(jí)齒墩。(2)沿水流方向有齒墩所在的縱剖面,可觀察到水流在齒墩后方有回流存在,而在有間隙所在的縱剖面上未觀察到反向流動(dòng)現(xiàn)象。(3)隨著流量的增加,齒墩后方回流區(qū)的范圍也越大。當(dāng)流量為18L/s時(shí),其回流區(qū)范圍是距管壁30mm,最大反向流速出現(xiàn)在一級(jí)齒墩后0.4D處,其值為0.449m/s。(4)隨著流量的增加,軸向和徑向的脈動(dòng)強(qiáng)度均有所增加,其中變化最明顯的區(qū)域?yàn)辇X墩出口回流區(qū)剪切層內(nèi),且二級(jí)齒墩后的大于一級(jí)齒墩后的,軸向的大于徑向的。(5)沿水流方向,脈動(dòng)強(qiáng)度在齒墩后0.4D處與齒墩等高的位置紊動(dòng)最劇烈,一級(jí)齒墩的最大脈動(dòng)強(qiáng)度為平均流速的0.65倍,二級(jí)齒墩此處的脈動(dòng)強(qiáng)度大于一級(jí)齒墩,約為平均流速的0.83倍。2.將間距為40cm的齒墩式內(nèi)消能工的數(shù)值計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)比較,吻合良好,在此基礎(chǔ)上,對(duì)各間距(40cm、60cm、80cm、100cm)的齒墩式消能工(流量為18L/s、27L/s、36L/s)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和分析,可以獲得齒墩間距對(duì)各水流的影響為:(6)不同間距的二級(jí)齒墩式內(nèi)消能工的時(shí)均流速在管道內(nèi)沿水流方向的變化趨勢(shì)有相同之處,均體現(xiàn)在經(jīng)過(guò)兩級(jí)齒墩進(jìn)口時(shí)快速增大,通過(guò)齒墩出口斷面時(shí),有射流的性質(zhì),時(shí)均流速逐漸減小,兩側(cè)有漩渦存在的現(xiàn)象。(7)齒墩間距變化對(duì)一級(jí)齒墩進(jìn)出口附近的時(shí)均流速分布幾乎無(wú)影響,對(duì)二級(jí)齒墩進(jìn)出口附近的時(shí)均流速分布有影響,且間距越小,影響越大。(8)隨著齒墩間距的增加,各流量下二級(jí)齒墩處的時(shí)均流速分布越接近一級(jí)齒墩,當(dāng)間距為100cm時(shí)二級(jí)齒墩處和一級(jí)齒墩處的時(shí)均流速分布近似。(9)隨著齒墩間距的增大,二級(jí)齒墩出口處的斷面平均紊動(dòng)能逐漸增大,間距由40cm增加到100cm,紊動(dòng)能分別為0.428m~2/s~2、0.561m~2/s~2、0.574m~2/s~2、0.581 m~2/s~2。3.本文通過(guò)對(duì)不同間距齒墩的流場(chǎng)的測(cè)量和計(jì)算,獲得了流場(chǎng)的整體變化規(guī)律,可為后續(xù)探究二級(jí)齒墩式內(nèi)消能工的消能機(jī)理和優(yōu)化布置提供依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TV135.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2613012