【摘要】：我國北方平原地區(qū),在河渠上修建了大量攔河閘(節(jié)制閘)和蓄排兼用水閘,除了行洪、排水期間,大部分多孔水閘經(jīng)常出現(xiàn)少數(shù)孔小開度開啟運用的情況,導致主流在閘后擴散不充分,水流流態(tài)復雜,出現(xiàn)二次水躍,沖刷下游河(渠)道,從而威脅到水利工程的運行安全。實際工程中,消能工往往工程量較大,費用較高,鑒于此,擬在閘后消力池設置一種體型較小且造價經(jīng)濟的新型輔助消能工——交錯式擋坎,它通過反擊作用消能并將主流分散成多股水流,在坎前形成強迫水躍,達到減小水躍長度、增大能量損失的目的;同時,水流流經(jīng)擋水坎時與其表面相互摩擦,在坎后產(chǎn)生漩滾,從而消除多余能量,達到增強消能效果的目的。通過物理模型試驗研究與數(shù)值模擬相結合的方法,初步研究了交錯式擋坎對多孔水閘局部孔開啟情況下的水流特性的影響,主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)分析了多孔水閘在部分孔局部開啟情況下的水流流態(tài)及對下游河床造成的危害,討論了閘下底流消能中的非標準水躍問題及其控制措施。(2)提出交錯式擋坎的設計思路,通過查閱文獻及相關書籍,確定了坎高、坎長、布置位置、排間距和凈寬等五個因素為交錯式擋水坎的主要設計參數(shù)�；诰鶆蛟O計的方法制定了10種不同形式的布置方案。(3)利用CFD流體力學軟件建立了RNG k-ε三維紊流模型,在多孔水閘少數(shù)孔局部開啟的工況下,分別對10種布設不同形式的交錯式擋坎的水閘模型進行三維數(shù)值模擬,得到了流場分布。根據(jù)對流態(tài)的觀察,發(fā)現(xiàn)方案3消能效果優(yōu)于其它方案。隨后對該方案擋坎布置進行改進,三維數(shù)值模擬結果表明改進后的方案進一步增強了消能效果。(4)與0.5倍導流墻和60°潛沒式三角翼的方案進行比較。與不設置輔助消能工的初始方案相比,0.5倍導流墻、60°潛沒式三角翼和交錯式擋坎在流量方面影響較小;在流速方面,表層流速分別增加了4.55%,降低了1.52%,降低了25.76%,底層流速分別降低了1.72%,增加了3.45%,降低了20.69%;在出池急流段長度和寬度方面,長度分別增加了3.51%,增加了0.49%,降低了16.04%,寬度分別降低了13.19%,增加了0.69%,降低了6.67%;在水深方面,一次水躍水深分別增加了11.83%,降低了3.79%,降低了1.97%,二次水躍水深分別降低了77.67%,增加了1.28%,降低了9.90%;在流量方面,分別增加了0.009%,降低了0.009%,降低了0.502%,綜合而言,交錯式擋坎方案都優(yōu)于另外兩種方案。
【學位授予單位】：河北農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TV135.2
【圖文】：

技術路線圖

圖 2-1 交錯式擋坎雛形及簡化后平面布置圖Figure 2-1 Embedding and simplified layout of the staggered retaining dam圖 2-2 交錯式擋坎橫剖面圖及縱剖面圖Figure 2-2 Cross-sectional view and longitudinal section of the staggered retaining dam查閱文獻及相關書籍，整理分析相關研究成果，初步確定交錯式擋：長 l：即與閘門平行方向的擋坎的長度；置 s：即第一排擋坎與閘門出口處的直線距離；間距 a:即兩排或者多排擋坎間的直線距離；高 h:即擋坎的高度，其中，消力池斜坡段的坎高垂直于斜坡所在的段的坎高垂直于水平面；寬 n:即每排擋坎中相鄰兩個擋坎之間的直線距離。查閱文獻及相關書籍，整理分析相關研究成果，初步確定交錯式擋：

圖 2-2 交錯式擋坎橫剖面圖及縱剖面圖s-sectional view and longitudinal section of the stagge關書籍，整理分析相關研究成果，初步平行方向的擋坎的長度；排擋坎與閘門出口處的直線距離；或者多排擋坎間的直線距離；高度，其中，消力池斜坡段的坎高垂直于水平面；坎中相鄰兩個擋坎之間的直線距離。關書籍，整理分析相關研究成果，初步5/10）b；

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