齿墩状内消能工的消能及压力特性初探

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消能是水利工程中必须解决的重要问题之一,采用何种消能工形式进行消能就成了专家学者们的研究重点。有压输水管道或隧洞中常见的内消能工形式为洞塞(孔板)式内消能工,它作为一种典型的内消能工形式,具有布置简单、经济实用、消能效率高等优点,在水利工程中具有广阔的应用前景,对其水力特性的研究意义重大。本文在传统内消能工的基础上提出了一种新的消能工形式—齿墩状内消能工,它是在洞塞式内消能工的基础上结合明流中的消能形式提出的,是对内消能工形式的一种全新尝试。本文采用物理模型试验的方法,对齿墩状内消能工的水力特性进行了初步的研究,分析了不同齿墩数目不同断面面积收缩比情况下齿墩状内消能工的水头损失、消能率、过流能力、时均压强分布及脉动压力特性规律等水力特性。本文的主要研究内容和结论有:1.根据齿墩状消能工前后压力试验成果,得出试验管道中的水头损失主要是齿墩状内消能工的突然扩大及突然缩小造成的局部水头损失,分析了这部分水头损失与雷诺数Re、齿墩数目及面积收缩比ζ之间规律。2.在试验流量范围内,分析了齿墩状内消能工的消能率、断面面积收缩比及水头损失系数之间关系,以及水头损失系数与齿墩数目之间的关系。3.在试验流量范围内,研究分析了齿墩状内消能工的断面面积收缩比对管道泄流能力的影响,研究表明管道的过流能力主要是由齿墩状内消能工的体型及尺寸决定的。4.通过分析不同流量下各个试验方案的齿墩状内消能工在试验段的壁面时均压强沿程分布,表明各个壁面无量纲压强随着雷诺数几乎没有变化,总体规律是齿墩段处急剧下降,而后逐渐上升,最后达到平稳,并且分析了各个方案最小压强点及压强恢复长度。5.对齿墩状内消能工的脉动压力特性进行了分析,表明:各个试验方案齿墩状内消能工的脉动压强最大点均出现在齿墩段后,在此之后各测点的脉动压强又迅速减小并逐渐趋于平稳,但是各个方案的脉动压强沿程变化和脉动压强最大点及压强趋于平稳的位置又存在着差异,并得出了各个试验方案脉动压强沿程和时域变化规律以及脉动压强最大点的脉动压强概率密度分布规律。
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