台阶式溢流坝上压强特性的试验研究

作     者：李布雳 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：韩玙;田嘉宁

授予年度：2005年

学科分类：081504[工学-水利水电工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：台阶式溢流坝 模型试验 跌落水流 过渡水流 滑行水流 时均压强 脉动压强 脉动压强强度 概率密度 频谱特性 

摘      要：台阶式溢流坝是一种有着古老历史的泄洪消能形式。近年来，随着碾压式混凝土筑坝技术(RCC)的发展，台阶式溢流坝以其特殊的体型和显著的消能效率，已在国内外的中小型水利工程上大量采用，并开始逐步运用到高水头水工建筑物上。目前对台阶式溢流坝水力特性上的研究还处于起步阶段，且大多集中在对其消能效率的研究，对于直接影响坝体稳定的台阶面上的压力特性至今尚无系统性的研究成果。为此，按照重力相似准则，通过模型试验，研究了模型流量范围为0.004～0.237m／(s·m)，溢流坝坡度分别为40°、50°和60°三种不同坡度下，台阶高度分别为16cm、8cm和4cm时的溢流坝上水流流态、时均压强特性，脉动压强的幅值特性和峰值特性及脉动压强的频谱特性。 本文通过试验研究得出以下结论： (1)研究表明台阶式溢流坝上的水流流态可以分为跌落水流、过渡水流和滑行水流三种。 (2)台阶面上的时均压强沿程大小值交替出现，负压都集中在台阶竖直面上凸角附近，随着流量的增大，负压区减小，负压值增大;台阶水平面上的压强均为正值，其中以水舌跌落处(即台阶水平面凸角处)的压强最大，且随流量的增大而增大。 (3)台阶面上的脉动压强强度随流量的增大而增大;台阶竖直面上的脉动压强强度值最大点随着流量的增大自台阶凹角向台阶凸角转移;台阶水平面凸角水流冲击处为台阶水平面上压强脉动强度最大的区域。 (4)脉动压强最大值均出现在台阶凸角处：随着流量的增大，沿程“最大脉动压强的最大值降低;沿程脉动压强最小值随流量的增大变化不大;在从跌落水流流态到滑行水流流态以后，台阶上的脉动压强最小值从台阶水平面凸角处转移到台阶水平面凸角处。 (5)台阶式溢流坝面上水流的压力脉动并不是严格的正态分布，属偏态分布，但应用时可以当成标准的正态分布来对待。 (6)台阶竖直面上的漩涡尺度从台阶凹角至凸角先增大后减小;而台阶水平