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明渠扩散段急流运动特性及调控方法研究综述.pdf

第 35卷第 4期 华 北 水 利 水 电大 学 学 报 (自然 科 学 版) Vo1.35No.4 2014年 8月 JournalofNoahChinaUniversityofWaterResourcesandElectricPower(NaturalScienceEdition) Aug.2014 DOI:10.3969/j.issn.1002—5634.2014.04.001 明渠扩散段急流运动特性及调控方法研究综述 孙东坡,李林昊,赵宝帅,李明佳 ,王宏飞,杨 晓 (华北水利水 电大学 水利学院,河南 郑州 450045) 摘 要 :依据文献分析 了有限宽度水槽突然扩散 、固定扩散角渐变扩散 、无边界平板扩散和急流扩散 4种典型明渠 扩散段水流的共同流动特征.给出了有限宽度水槽突然扩散段水流宽度的沿程发展规律 ,以及在平底明渠 急流扩散段设计时,为防止水流脱离的扩散角计算方法和突然扩展区急流扩散 的边界方程 ;通过不同底坡 比降的试验和原型资料分析 ,论述了陡坡扩散 区水深沿程变化特点、沿程各断面横 向分布规律 ,介绍 了陡 坡上水平扩散角的计算方法与扩散角最大值的存在.通过大扩散角水槽试验,发现在扩散段不同流态的过 渡水流现象及稳定性不一样.上游来流为急流时,下游水跃进入扩散段就是水流失稳、主流偏转的开始 ;采 用潜没式三角翼可以防止扩散段 回流发生 ,提高过流均衡性. 关键词 :明渠扩散段 ;急流 ;水流分离;回流 ;调控方法 中图分类号 :TV131.6 文献标识码 :A 文章编号 :1002—5634(2014)04—0001—06 由于地质、地形和地貌等条件的限制 ,明渠边界 为急流而下游控制为缓流时 ,根据水流特性一般可 常会突然扩大、缩小或渐变扩大 、缩小 ,过渡段水流 分成 3段… ,如图 1所示. 受渠道比降、扩散角度等边界条件影响,呈现出复杂 的运动规律.在一些明渠扩散段 ,水流在扩散段中与 边界分离 ,不能充分扩散 ,主流或 聚中或偏转 ,边壁 形成大量 回流区及漩涡,影响渠道的正常运用 .这些 边界突变段的共同特征是水流脱离边界 ,回流涡旋 强烈 ,都需要改善水流流态.要采取适宜的措施 ,必 须 了解边界突变段的水流特性.由于工程应用 的需 求 ,人们对于不 同形状 、不同条件的扩散段水流特性 图 1 有 限宽渠槽 内水流 扩散 进行了大量的研究 ,有的采用物理模型试验进行研 究,有的采用数值模拟方法进行研究.研究方向主要 第 1段的范围从明渠窄段末端到水流完全扩散 集 中在 4个方面:有限宽度水槽的突然扩散、固定扩 到宽段两侧边壁 ,长度为 L ;第 2段 的范围从第 1 散角的渐变扩散、无边界的平板扩散 、大扩散角急流 段末端到两侧斜水跃在中心线相交点所在断面;第 扩散及控导措施 .不同情况下扩散段 的流态既有共 3段的范围从第 2段末端到下游直水跃跃首.直水 性也有各 自特性 ,这里按边界条件特点对这些研究 跃是在下游水深不是很大、水跃发生在 E点 以下的 分别予 以介绍 ,以便更好地解决扩散段水流的调控 情况 .当水跃形成在完全扩散断面后 ,则在扩散 问题 . 段内水流相对平顺 ;若在扩散段发生水跃 ,扩散段形 成折冲水流 ,流态 比较紊乱.受侧墙约束的急流完全 1 有限宽度水槽突然扩散的研究 扩散断面的位置 ,可由下式确定 : 当明渠水流通过有限宽渠槽突然扩散段 ,上游 1 £=÷(B—b)cot

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