陡坡急流悬栅消能水力特性的试验研究
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摘要
本文对设置有悬栅的泄水陡槽内的水流水力特性进行了物理模型试验研究，并在此基础上进行了初步的理论分析，取得了一些成果。研究发现，不同悬栅设置高度，不同栅条间距时产生的消能效果不同，并对此用模型试验进行了最佳悬栅高度及栅条间距的优化分析。另外，通过局部模型的二维流场测试分析，比较了工字型栅条和矩形栅条两者的流场特性。
简要地阐述了消能的含义及多种消能工的研究发展成果。然而，文章主要针对已获国家自然科学基金资助，且已在实际工程实践中产生了良好消能效果的陡坡急流悬栅消能工的部分试验成果，进行了较全面深入地讨论，即具体根据试验资料系统分析了悬栅陡槽内泄水时的流速分布、底板压力分布及水面线变化情况。通过对工字型和矩形两种型式栅条周围流场的测试，说明工字型栅条对流场变化的影响比矩形栅条的大。文章同时进一步采用选进的投影寻踪法对试验数据作了优化处理，使其结果更加可靠，更具实用价值，以供同类型工程设计时参考
Physical modeling and preliminary theory of hydraulic characteristic of supercritical flow of gradient with suspension girder are studied in this paper. The different altitude up to base plate and distance between suspension girder has been set up and it lead to different damping ratio. Lots of experiment is done in order to find optimum altitude and distance of suspension girder. Experiment data is analyzed with method of Projection Pursuit for more reliability and utility value.
This paper first systematically studied energy dissipater of suspension girder in steep gradient with supercritical flow according to used in actual engineering and received perfect effect. Experimental studies about the distribution velocity, the variation of water surface and pressure are undertaken. In local model, the different kind of suspension girder—I and rectangular beam make different field of velocity characteristic surrounding through two-dimensional velocity experiment. Result display I has more influence to velocity around beam than rectangular beam. The result has some reference value for actual application
简要地阐述了消能的含义及多种消能工的研究发展成果。然而，文章主要针对已获国家自然科学基金资助，且已在实际工程实践中产生了良好消能效果的陡坡急流悬栅消能工的部分试验成果，进行了较全面深入地讨论，即具体根据试验资料系统分析了悬栅陡槽内泄水时的流速分布、底板压力分布及水面线变化情况。通过对工字型和矩形两种型式栅条周围流场的测试，说明工字型栅条对流场变化的影响比矩形栅条的大。文章同时进一步采用选进的投影寻踪法对试验数据作了优化处理，使其结果更加可靠，更具实用价值，以供同类型工程设计时参考
Physical modeling and preliminary theory of hydraulic characteristic of supercritical flow of gradient with suspension girder are studied in this paper. The different altitude up to base plate and distance between suspension girder has been set up and it lead to different damping ratio. Lots of experiment is done in order to find optimum altitude and distance of suspension girder. Experiment data is analyzed with method of Projection Pursuit for more reliability and utility value.
This paper first systematically studied energy dissipater of suspension girder in steep gradient with supercritical flow according to used in actual engineering and received perfect effect. Experimental studies about the distribution velocity, the variation of water surface and pressure are undertaken. In local model, the different kind of suspension girder—I and rectangular beam make different field of velocity characteristic surrounding through two-dimensional velocity experiment. Result display I has more influence to velocity around beam than rectangular beam. The result has some reference value for actual application
引文
[1] 林秉南．我国高速水流消能技术的发展．水利学报 1985年，第5期
[2] 泄水与过坝建筑物．水工设计手册第6卷．水利电力出版社
[3] 陈椿庭主编．高坝大流量泄洪建筑物．北京：水利水电出版社，1988年
[4] 毛昶熙．周名德等．闸坝工程水力学与设计管理．北京：水利电力出版社，1955
[5] 吴持恭主编．水力学．高等教育出版社
[6] 郭子中、徐祖信、吴建华、庄荣文，消能防冲标准的研究，溢洪道设计规范专题文集，水利电力出版社，1990年
[7] 林秉南.国外高水头泄水建筑物，水电部科技情报室，1975年
[8] 林秉南，龚振赢、刘树坤，收缩式消能工和宽尾墩，水利水电科学研究院报告，1979年
[9] 泄水工程水力学，水利水电泄水工程与高速水流信息网、水利部东北勘测设计研究院科学研究所编，吉林科技出版社
[10] 李建中，宁利中，高速水力学，西北工业大学出版社
[11] 刘树坤，宽尾墩挑流式消能工若干特性的研究，水利水电科学研究论文集，第13集，1983年
[12] 孙建，掺气分流墩与消力池联合应用的水力特性，陕西机械学院研究生论文，1994年
[13] Wegman E.Thedesign of the New Croton Dam Transactions, ASCE, PaPer1047, June,1907：398-457.
[14] Essery I T S and Horner M W. The hydraulic design of stepped spillways. Report No.33, Construction Industry Research and Information Association, London, England.
[15] Yong M F.Feasibility study of a stepped spillway. Hydraulic Division Specialty Conference, Jackson, MS, Aug, 1982，96-105.
[16] 艾克明，台阶式泄槽溢洪道的应用状况浅析，泄水工程与高速水流，2000—1
[17] D.耶尔德兹， I.科斯，台阶式斜槽溢洪道水力特性，水利水电快报1999年9，10期，1~4，11~14
[18] [西班牙] J.戴伊兹.卡斯康等，台阶式溢洪道水力特性研究，水利水电快报，1991年23期，5~8
[19] D.史迪芬森，沿台阶式溢洪道的消能，水利水电快报，1991年24期，2~5
[20] 成都勘测设计院，高混凝土坝泄洪和消能的研究，国家“八五”攻关项目， 1995年
[21] 昆明勘测设计院，高水头大流量泄洪消能研究，国家“八五”攻关项目，1995年
[22] 郭子中著，消能防冲原理与水力设计，科学出版社，1982年
[23] 哈焕文等，碧口排沙洞多级孔板泄洪消能效果及空化特性的原型观测报告，高速水流，1988年第1期
[24] 哈焕文，孔板式压力消能工的水力计算，高速水流，1987年第3期
[25] 碧口排沙洞改建孔板试验段孔板振动原型观测报告，黄委会水科所，1987年10月
[26] 赵慧琴，多级孔板消能试验研究，高速水流，1987年第2期
[27] 詹克祥等，有压洞消能孔板体型及布置的试验研究，高速水流，1987年第2期
[28] 向桐，小浪底泄洪洞多级孔板消能损失系数的研究，高速水流，1987年第2期
[29] 张堡，孔板消能特性探讨，泄水工程与高速水流，1996年第2期
[30] 钱莺莺等，涡旋内消能竖井泄洪洞的研究，泄水工程与高速水流论文集，成都科技大学出版社，1994年
[31] 牛争鸣等，竖井进流水平旋转内消能工泄水道的泄流特性，西安理工大学学报，1999年第1期
[32] 倪汉根等，坝身竖井旋流泄洪消能的设想，大连理工大学学报，1999年第2期
[33] 郭琰，倪汉根，旋流式竖井溢洪道的过流能力及涡室锥形渐变段的水力特性的研究，水动力学研究与进展，（A辑），1995年第1期
[34] 廖华胜，许唯临，杨永全，高速水力学研究进展，泄水工程与高速水流，1996年，第二期
[35] 小湾水垫塘水力特性及设计优化研究，国家“八五”攻关报告，四川大学高速水力学国家重点实验室，1995年4月
[36] 戴光清，多股射流水垫塘流动结构水力特性及消能机理研究，四川联合大学博士论文，1994年
[37] 昆明勘测设计院“八五”攻关报告：小湾水垫塘保护型式及衬护结构稳定研究，1995年10月
[38] 河海大学“八五”攻关报告高拱坝泄洪消能布置优化的数学模型，1995年5月
[39] 高建生等，有压管道双孔板水流消能特性试验研究，水利学报，1989年1042月
[40] 倪汉根，孔板泄洪洞的空化特性，大连理工大学，1993年2月
[41] 丁则裕、才君眉，泄洪洞内多级孔板消能效果的试验研究，水力发电学报，1986年4期
[42] 才君眉、沈熊，有压泄洪洞多级孔板消能室的紊流特性试验研究，水利学报，1987年4期
[43] 李玉柱等，有压泄洪洞内多级孔板消能的试验研究，水利水电技术，1988年7期
[44] П.P.赫洛彭科夫，下泄水流强化消能新原则，水利水电快报，1991年5期，2~6
[45] Vischer．D． Modelling Energy Dissipation with Hydraulic Structures，a Phenomenon with Insignificant Scale Effects， Symposium on Scale Effects in Modelling Hydraulic Structures，1984.
[46] 张开泉、刘焕芳，急流渠道的水流衔接及消能，水利水电技术，1994年第9期，45~47
[47] 李崇智等编，跌水与陡坡，水利电力出版社
[48] 阎晋坦，齿墩消能掺气设施的试验研究，陕西机械学院水科所，1989年
[49] 泄水建筑物的破坏与防治，水利水电泄水工程与高速水流信息网，东北勘测设计院科研院编，成都科技大学出版社
[50] 溢洪道设计规范（SDJ341—89）水利电力出版社，1990年，北京
[51] 邱秀云、侯杰、周著等，一种消除急流弯道陡坡冲击波的措施，水力发电，1998年第11期
[52] 投影寻踪技术及其应用进展，李祚泳，自然杂志，1997：19卷第4期，224~227
[53] Zheng Zuguo ,Ge YiXiong, YangLiXing, Application of PPR technique in optimization of cement formulation. Exchange in 50th ISI Session, 1995.8.(BEIJING, CHINA)
[54] 刘大秀、郑祖国、葛毅雄，投影寻踪回归在试验设计分析中的应用，数理统计与管理，1995，12（1）47~51
[55] 毛鸿才、杨力行、姚源松等，棉花栽培试验投影寻踪回归（PPR）建模仿真的研究，棉花学报，2001，13（1）42~44
[56] 毛鸿才、杨力行、姚源松等，陆地棉杂种F2主要经济性状的投影寻踪回归分析，中国棉花，2001，28（3）16~18
[2] 泄水与过坝建筑物．水工设计手册第6卷．水利电力出版社
[3] 陈椿庭主编．高坝大流量泄洪建筑物．北京：水利水电出版社，1988年
[4] 毛昶熙．周名德等．闸坝工程水力学与设计管理．北京：水利电力出版社，1955
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[8] 林秉南，龚振赢、刘树坤，收缩式消能工和宽尾墩，水利水电科学研究院报告，1979年
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[10] 李建中，宁利中，高速水力学，西北工业大学出版社
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[21] 昆明勘测设计院，高水头大流量泄洪消能研究，国家“八五”攻关项目，1995年
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[24] 哈焕文，孔板式压力消能工的水力计算，高速水流，1987年第3期
[25] 碧口排沙洞改建孔板试验段孔板振动原型观测报告，黄委会水科所，1987年10月
[26] 赵慧琴，多级孔板消能试验研究，高速水流，1987年第2期
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[29] 张堡，孔板消能特性探讨，泄水工程与高速水流，1996年第2期
[30] 钱莺莺等，涡旋内消能竖井泄洪洞的研究，泄水工程与高速水流论文集，成都科技大学出版社，1994年
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[37] 昆明勘测设计院“八五”攻关报告：小湾水垫塘保护型式及衬护结构稳定研究，1995年10月
[38] 河海大学“八五”攻关报告高拱坝泄洪消能布置优化的数学模型，1995年5月
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[42] 才君眉、沈熊，有压泄洪洞多级孔板消能室的紊流特性试验研究，水利学报，1987年4期
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[44] П.P.赫洛彭科夫，下泄水流强化消能新原则，水利水电快报，1991年5期，2~6
[45] Vischer．D． Modelling Energy Dissipation with Hydraulic Structures，a Phenomenon with Insignificant Scale Effects， Symposium on Scale Effects in Modelling Hydraulic Structures，1984.
[46] 张开泉、刘焕芳，急流渠道的水流衔接及消能，水利水电技术，1994年第9期，45~47
[47] 李崇智等编，跌水与陡坡，水利电力出版社
[48] 阎晋坦，齿墩消能掺气设施的试验研究，陕西机械学院水科所，1989年
[49] 泄水建筑物的破坏与防治，水利水电泄水工程与高速水流信息网，东北勘测设计院科研院编，成都科技大学出版社
[50] 溢洪道设计规范（SDJ341—89）水利电力出版社，1990年，北京
[51] 邱秀云、侯杰、周著等，一种消除急流弯道陡坡冲击波的措施，水力发电，1998年第11期
[52] 投影寻踪技术及其应用进展，李祚泳，自然杂志，1997：19卷第4期，224~227
[53] Zheng Zuguo ,Ge YiXiong, YangLiXing, Application of PPR technique in optimization of cement formulation. Exchange in 50th ISI Session, 1995.8.(BEIJING, CHINA)
[54] 刘大秀、郑祖国、葛毅雄，投影寻踪回归在试验设计分析中的应用，数理统计与管理，1995，12（1）47~51
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[56] 毛鸿才、杨力行、姚源松等，陆地棉杂种F2主要经济性状的投影寻踪回归分析，中国棉花，2001，28（3）16~18