【摘要】：為了研究非淹沒(méi)丁壩局部沖刷問(wèn)題,分析丁壩周?chē)鲌?chǎng)的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)馬蹄渦間存在強(qiáng)弱對(duì)比和壩頭處橫向流速占優(yōu)的現(xiàn)象,提出以5個(gè)馬蹄渦組成的渦系為主體的流動(dòng)簡(jiǎn)化模型,建立丁壩局部沖刷問(wèn)題的計(jì)算模型.計(jì)算模型通過(guò)考慮垂向流速影響,修正平板繞流解析解,得到適合三維流動(dòng)的流量計(jì)算公式;基于水流連續(xù)性和沖刷平衡條件,建立正挑矩形丁壩在清水均勻沙床面情況下最大相對(duì)沖深與相對(duì)壩長(zhǎng)的1/2次方和無(wú)量綱流速的1次方的半理論關(guān)系,并由現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定未知參數(shù)值.運(yùn)用半理論公式得到的計(jì)算值與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)符合良好,表明流動(dòng)簡(jiǎn)化和計(jì)算模型合理.
【圖文】：

沒(méi)丁壩周?chē)鲃?dòng)情況作為研究對(duì)象：正挑矩形丁壩位于矩形槽內(nèi)，槽底鋪設(shè)均勻沙，遠(yuǎn)處行進(jìn)水流平均流速Ｕ，且Ｕ小于槽底泥沙的起動(dòng)流速（見(jiàn)圖１）．行進(jìn)水流遇到丁壩后，，流動(dòng)主要分為２個(gè)趨勢(shì)，表層流體上涌繞過(guò)丁壩向下游流動(dòng)，另一部分流體向下運(yùn)動(dòng)形成馬蹄渦系．流動(dòng)造成壩頭處形成較大沖刷坑（見(jiàn)圖２）．本文采用統(tǒng)一坐標(biāo)系，行進(jìn)水流方向?yàn)椋�，即縱向；丁壩壩根指向壩頭方向?yàn)椋礄M向；按照右手螺旋確定ｚ垂直向上；取未沖刷床面、丁壩及與丁壩相交的側(cè)壁面三平面的交圖１物理模型Ｆｉｇ．１Ｐｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌ圖２馬蹄渦系［２］Ｆｉｇ．２Ｈｏｒｓｅｓｈｏｅｖｏｒｔｉｃｅｓｓｙｓｔｅｍ［２］點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)．２馬蹄渦系１９６２年，Ｓｃｈｉｗｉｎｄ采用煙氣法首先研究了層流情況下位于水平底面上的楔形物前的馬蹄渦系隨雷諾數(shù)的變化．隨后，Ｋｗａｎ等［１－３，１３－１４］采用各種流動(dòng)顯示方法進(jìn)一步加大加深了對(duì)馬蹄渦系的探究：從層流擴(kuò)展到紊流，從楔形物擴(kuò)展到圓柱、方體，障礙物從設(shè)置在正中間擴(kuò)展到位于側(cè)壁，裝置底部由水平面擴(kuò)展到存在沖刷坑．這一系列的研究結(jié)果可以歸納出與本文有關(guān)的幾點(diǎn)：ａ）在層流情況下，隨著雷諾數(shù)Ｒｅ的增大，主渦個(gè)數(shù)增加，但目前最多發(fā)現(xiàn)為３個(gè)，Ｒｅ數(shù)再增大時(shí)，主渦間會(huì)出現(xiàn)自我合并；ｂ）在紊流情況下，床面附近主渦為１～３個(gè)，但在沖刷過(guò)程中隨沖刷坑的增大，主渦數(shù)量減少；ｃ）當(dāng)只有２個(gè)主渦時(shí)，Ｎ２明顯弱于Ｎ１（離障礙物最近的主渦編號(hào)為１，向上游側(cè)主渦編號(hào)逐漸增大），而當(dāng)有３個(gè)渦時(shí)，Ｎ３明顯弱于

內(nèi)，槽底鋪設(shè)均勻沙，遠(yuǎn)處行進(jìn)水流平均流速Ｕ，且Ｕ小于槽底泥沙的起動(dòng)流速（見(jiàn)圖１）．行進(jìn)水流遇到丁壩后，流動(dòng)主要分為２個(gè)趨勢(shì)，表層流體上涌繞過(guò)丁壩向下游流動(dòng)，另一部分流體向下運(yùn)動(dòng)形成馬蹄渦系．流動(dòng)造成壩頭處形成較大沖刷坑（見(jiàn)圖２）．本文采用統(tǒng)一坐標(biāo)系，行進(jìn)水流方向?yàn)椋�，即縱向；丁壩壩根指向壩頭方向?yàn)椋�，即橫向；按照右手螺旋確定ｚ垂直向上；取未沖刷床面、丁壩及與丁壩相交的側(cè)壁面三平面的交圖１物理模型Ｆｉｇ．１Ｐｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌ圖２馬蹄渦系［２］Ｆｉｇ．２Ｈｏｒｓｅｓｈｏｅｖｏｒｔｉｃｅｓｓｙｓｔｅｍ［２］點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)．２馬蹄渦系１９６２年，Ｓｃｈｉｗｉｎｄ采用煙氣法首先研究了層流情況下位于水平底面上的楔形物前的馬蹄渦系隨雷諾數(shù)的變化．隨后，Ｋｗａｎ等［１－３，１３－１４］采用各種流動(dòng)顯示方法進(jìn)一步加大加深了對(duì)馬蹄渦系的探究：從層流擴(kuò)展到紊流，從楔形物擴(kuò)展到圓柱、方體，障礙物從設(shè)置在正中間擴(kuò)展到位于側(cè)壁，裝置底部由水平面擴(kuò)展到存在沖刷坑．這一系列的研究結(jié)果可以歸納出與本文有關(guān)的幾點(diǎn)：ａ）在層流情況下，隨著雷諾數(shù)Ｒｅ的增大，主渦個(gè)數(shù)增加，但目前最多發(fā)現(xiàn)為３個(gè)，Ｒｅ數(shù)再增大時(shí)，主渦間會(huì)出現(xiàn)自我合并；ｂ）在紊流情況下，床面附近主渦為１～３個(gè)，但在沖刷過(guò)程中隨沖刷坑的增大，主渦數(shù)量減少；ｃ）當(dāng)只有２個(gè)主渦時(shí)，Ｎ２明顯弱于Ｎ１（離障礙物最近的主渦編號(hào)為１，向上游側(cè)主渦編號(hào)逐漸增大），而當(dāng)有３個(gè)渦時(shí)，Ｎ３明顯弱于Ｎ１和Ｎ２，即存在明顯的強(qiáng)弱之分．馬蹄渦是
【作者單位】： 浙江大學(xué)港口海岸與近海工程研究所;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃資助項(xiàng)目(91647209) 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2016YFC0402305-02)
【分類號(hào)】：TV863

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 馮紅春,石自堂,劉景國(guó);非潛沒(méi)透水丁壩沖刷深度計(jì)算公式初探[J];中國(guó)農(nóng)村水利水電;2002年05期

2 黃志才,吳國(guó)雄,程尊蘭;丁壩局部沖刷深度的計(jì)算[J];水利與建筑工程學(xué)報(bào);2004年02期

3 唐繼權(quán);凌佳;王志行;;閘后沖刷深度計(jì)算的初步分析[J];中國(guó)水運(yùn)(理論版);2007年03期

4 梅海州;;閘后沖刷深度計(jì)算的探討[J];水科學(xué)與工程技術(shù);2008年S2期

5 梅海州;;閘后沖刷深度計(jì)算的探討[J];水利科技與經(jīng)濟(jì);2008年11期

6 遠(yuǎn)景;;新疆沙雅縣沙雅河防洪堤沖刷深度計(jì)算[J];陜西水利;2013年04期

7 張新華;;淺談和靜縣哈合仁郭勒河防洪工程基礎(chǔ)沖刷深度計(jì)算[J];中國(guó)水運(yùn)(下半月);2013年05期

8 李曉慶;唐新軍;;對(duì)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦沖刷深度公式的探析[J];水資源與水工程學(xué)報(bào);2006年02期

9 劉磊;苗潤(rùn)澤;鐘德鈺;;細(xì)沙河床丁壩局部沖刷深度計(jì)算公式的驗(yàn)證[J];水力發(fā)電學(xué)報(bào);2014年02期

10 李林普,張日向;波流作用下大直徑圓柱體基底周?chē)畲鬀_刷深度預(yù)測(cè)[J];大連理工大學(xué)學(xué)報(bào);2003年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前2條

1 李林普;陳士蔭;;近海孤立式大直徑圓柱建筑物基礎(chǔ)局部平衡沖刷深度估算[A];第十三屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)研討會(huì)文集[C];1999年

2 陳志樂(lè);賈曉荷;劉樺;;近海直立圓柱局部沖刷數(shù)學(xué)模型研究進(jìn)展[A];第二十屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)研討會(huì)文集[C];2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 劉萬(wàn)利;樞紐壩下沖刷深度及水位降落研究[D];武漢大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 耿旭;三峽水庫(kù)下游河道沖刷粗化研究[D];中國(guó)水利水電科學(xué)研究院;2016年

2 郭毅;山區(qū)河流中低水頭壩下局部沖刷深度公式及應(yīng)用[D];重慶交通大學(xué);2016年

3 于廣年;航電樞紐壩下極限沖刷深度及相關(guān)機(jī)理研究[D];天津大學(xué);2011年

4 張偉;長(zhǎng)江江都嘶馬彎道沖刷深度研究[D];河海大學(xué);2006年

5 高翔;閘壩式水電站下游局部沖刷及水力特性試驗(yàn)研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2015年

6 於剛節(jié);正態(tài)曲面丁壩附近三維水流及局部沖刷[D];浙江大學(xué);2016年

7 陳志樂(lè);直立圓柱周?chē)鲌?chǎng)與局部沖刷的數(shù)值模擬方法研究[D];上海交通大學(xué);2008年

8 趙海培;水下柱狀結(jié)構(gòu)的局部沖刷監(jiān)測(cè)方法研究[D];大連理工大學(xué);2013年

9 劉向宇;當(dāng)卡水電站下游局部沖刷坑深度試驗(yàn)研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2014年

10 黃瑩;海洋平臺(tái)圓柱樁腳周?chē)木植繘_刷研究[D];武漢理工大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2552853