导流墩在明渠扩散段的控导作用研究及其数值模拟
明渠扩散段由于某种原因设计成较大的扩散角时，水流将产生边界层分离现象，流态往往不满足设计要求。为了避免扩散角过大造成扩散段水流与边界分离，采取导流墩等控导措施干预水流，使水流扩散基本均匀，在某种情况下是一种较好选择。本文以某典型工程明渠扩散连接段为研究对象，分析研究大扩散角条件下扩散段水流的运动特性及其改善流态的控导措施。
论文通过物理模型试验，首先对30.25°与5.71°两种扩散角度的扩散段水流的流态、特征断面水深分布及流速分布等水力要素展开量测与分析，总结归纳两种扩散角条件下水流的基本特性，分析比较不同扩散角对扩散段水流流态及能量损失所带来的影响。
针对30.25°扩散角之扩散段的水流出现边界层分离现象，实施控导措施，展开试验研究。结合前期模型试验的经验，拟定导流墩的体型、尺寸及设置参数，通过改变导流墩体型及尺寸进行对比试验，论证导流墩体选型的合理性。
以控导扩散段水流沿两翼流动，消除边界层分离现象，使扩散段上游断面水位较无导流墩方案明显降低，使扩散段下游断面动量分布基本均匀为原则，对导流墩方案进行模型试验，确定其设置参数。
通过改变导流墩设置相对位置X/B与分流角β，研究不同组合情况对水流的控导效果。采取单因子分析法并借助数理统计手段，以扩散段上游断面水位降低相对值与扩散段下游断面动量分布变差系数Cv的最小值为量化指标，拟合得到:当X/B等于1.25时，导流墩分流角β与水流强度Fr的相关方程;以及当分流角β为20°、23°、24°时，以扩散段下游断面动量分布变差系数Cv为参变量，导流墩相对位置X/B与水流强度Fr的相关方程。
后期建立数学模型，对于不同扩散角度的明渠水流进行模拟计算，并与同条件下物理模型试验成果相互验证。计算得到在缓流情况下，明渠扩散段水流产生边界层分离现象的临界扩散角与水流强度Fr的关系曲线。在此基础上，分析导流墩不同设置位置及分流角度对水流运动特性的影响，使物理模型的研究成果得以补充，应用范围得以拓宽。
明渠扩散段;控导作用;数值模拟
华北水利水电大学
硕士
水力学及河流动力学
王二平
2013
中文
U443.22
99
2013-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）