基于降雨分析的窄缝挑坎消能工水翅特性研究.pdfVIP

第34卷 第 1期 长 江 科 学 院 院 报 Vo1．34 No．1 2017年 1月 JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstitute Jan．2 0 1 7 doi：10．11988／ckyyb 基于降雨分析的窄缝挑坎消能工水翅特性研究 聂艳华 ，王才欢 ，况曼曼 (长江科学院 水力学研究所，武汉 430010) 摘 要：通过建立窄缝挑坎消能工物理模型，模拟研究出射水流的激溅水翅 问题。通过调整窄缝挑坎体型参数 ( 弗氏数Fr、收缩比口、挑角 )以获得不同出射水流条件，进行对比试验分析水翅的成因及其引起的降雨量区域强度 变化趋势 ，甄别影响水翅形成及其强弱变化的主要水力参数，总结其变化规律。研究表明，窄缝消能工水舌的外缘 挑距和入水长度均会随着弗汝德数n 的增加而增大，挑坎下游典型区域的雨量分布亦随之发生变化；随着窄缝收 缩角的增大，急流冲击波波角逐渐变小，水翅向岸边扩散的角度变小 ，冲击波交汇点距离窄缝出口更近，降雨向岸 边扩散的范围也逐渐变小 ；此外收缩比与水舌外缘挑距和入水长度变化成反比。本研究成果可进一步加深对窄缝 挑坎消能工水力特性尤其是水翅形成机理的认知，为工程实践提供优化依据。 关键词 ：窄缝挑坎；消能工；水翅；降雨强度；水力特性 中图分类号：TV131．65 文献标志码：A 文章编号：1001—5485(2017)O1-0067一o4 1 研究背景 2 模型设计 窄缝挑坎消能工在我 国高坝建设中得到了广泛 2．1 模型布置 的运用，其相关水力学问题也得到了大量的科学研 试验 由高压水箱、窄缝泄槽单体模型以及下游 究_1j。伴随着众多完建工程的正式运行，有些在 水池组成，水池末端设有量水堰 。具体模型布置如 设计论证阶段未充分发现或与试验研究不相符的问 图 1、图2所示 。 题开始显露出来，其 中以挑坎出射水流水翅的问题 较为典型，例如清江水布垭 电站的左岸水翅拍打边 坡问题 。关于水翅问题 ，不少学者有过相关的研 究，如：纪伟等 建立水工模型研究 了泄洪洞中墩 的水翅现象，认为水翅现象与中墩的几何参数和水 面下凹深度和长度有关。韩坞等 研究了大坡度 台阶式溢洪道中的水翅现象，研究发现随着溢洪道 L 丝 ： ．J 底坡的增大，水翅流量变化范围变小、高度增加；但 图1 窄缝消能工模型布置 是随着台阶尺寸的减小流量变化范围缩小、高度降 Fig．1 Layoutofthemodelofenergydissipator 低；水翅的落点处，台阶面上压强明显增大。王川 withnarrow slot 等 J、郭瑾瑜等 都采用数值模拟的手段研究了溢 洪道 中墩水翅 问题，并进行了消减措施研究。总的 来说，关于窄缝挑坎消能工水翅 问题的研究较少 。 本文通过建立系列模型，通过对影响窄缝挑坎水力 特性的基本参数 (弗汝德数 n、收缩 比 、挑坎挑角 )进行调整获取试验基本工况 ，并根据 以往工程经 验对此 3个关键参数分别选取Fr为4—6；选取收缩 单位：cm 比 分别为0．2，0．25和0．3；选取窄缝挑坎角0分别 图2 雨量分布测量布置 Fig．2 Layoutofprecipitationmeasurement 为0。，一。和一10。，进行系列模拟，剖析其 内在机理。 收稿 日期：2015