突扩、突跌掺气设施水力特性及影响因素的研究

作     者：田蕓硕 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐一民;王荣金

授予年度：2017年

学科分类：080103[工学-流体力学] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 081502[工学-水力学及河流动力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：突扩 突跌 掺气浓度 脉动压强 模型试验 掺气设施 

摘      要：我国蕴含非常丰富的水利资源,随着国家水电事业的快速发展,越来越多的高水头泄水建筑物的设计和建设,使得高速水力学问题越来越受到关注,高速水流的掺气减蚀问题变得愈加重要,掺气设施体形和来流水头等因素对高速水流水力特性的改变就变得十分重要。虽然很多人对掺气水流和脉动压力的研究取得了一定的成绩,但是在理论机理上的发展还是相对滞后,本文针对突扩、突跌体形的掺气设施进行模型试验,通过模型试验和理论分析的互相结合的方式,使用控制变量的研究方法,研究在不同流量、突扩宽度、跌坎高度下泄槽中水流掺气浓度分布以及变化规律、脉动总压强的分布情况、时均压强的变化、脉动压强的特点等掺气水流的水力特性。并且进行分析和讨论,得到以下成果:(1)通过控制变量法,改变流量、突扩宽度、跌坎高度三种影响因素,对泄槽中不同水深、不同轴线处的掺气浓度规律进行对比分析,得出经过突扩、突跌型掺气设施的水流,在泄槽中掺气浓度的变化规律,影响泄槽中不同位置掺气浓度的各种因素以及怎样才能获得良好的掺气效果。(2)介绍了脉动压强数据的分析和处理的方法,如何对脉动压强数据进行变异系数、偏态系数、峰度系数以及频谱特性的处理以及这些数据所反映的规律。(3)基于脉动压强数据处理上得出,泄槽中脉动总压强的变化规律,在冲击区脉动波动最大,沿程呈现出波动剧烈程度减弱,并在最后趋于稳定的规律。而泄槽中时均压强则是结合紊流特点呈现出先减小后增大的趋势。(4)通过控制变量法来研究不同流量下、不同掺气体形下泄槽中脉动压强的变化规律,通过对比分析泄槽中脉动压强的幅值、概率密度、频谱特性等特点,得出泄槽中水流脉动的变化规律。(5)分别对比不同掺气设施下水槽中脉动压强的幅值、频谱的特点,发现各种工况下掺气水流的脉动压强基本符合高速水流低频、高幅的特点。