發(fā)布時(shí)間：2017-03-29 09:13

  本文關(guān)鍵詞：壅水條件下水流結(jié)構(gòu)及床面泥沙起動(dòng)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：天然河流和水庫(kù)庫(kù)區(qū)等河段壅水情況非常普遍,壅水條件下的水流結(jié)構(gòu)以及床面泥沙起動(dòng)規(guī)律較均勻流條件下更為復(fù)雜�，F(xiàn)有泥沙起動(dòng)公式一般都基于恒定均勻流水槽試驗(yàn)資料或近似均勻流觀測(cè)資料得出的,而壅水條件下(非均勻流,屬減速流)的泥沙起動(dòng)規(guī)律和均勻流條件下是不同的。特別像三峽水庫(kù)這樣的河道型水庫(kù),相同流量下從庫(kù)尾至壩前隨著水深的增加,非均勻性逐步加大,非均勻流的水流結(jié)構(gòu)與均勻流明顯不同,非均勻性越強(qiáng)差別就越大,沿用均勻流的推移質(zhì)泥沙起動(dòng)成果來(lái)分析研究非均勻性較強(qiáng)的問(wèn)題,結(jié)果往往會(huì)有較大的偏差。本文利用理論分析、實(shí)測(cè)資料對(duì)比分析、水槽試驗(yàn)等方法,首先分析不同壅水條件下的水流結(jié)構(gòu)的變化,通過(guò)實(shí)測(cè)資料驗(yàn)證了現(xiàn)有的泥沙流速起動(dòng)公式不適合用來(lái)計(jì)算大壅水條件下的泥沙起動(dòng)流速;驗(yàn)證了希爾茲曲線在大壅水條件下與水槽條件下的差異性,然后通過(guò)水槽試驗(yàn)觀測(cè)各壅水指標(biāo)下的水流結(jié)構(gòu)變化特征,再對(duì)泥沙起動(dòng)進(jìn)行觀測(cè),從流速、拖曳力、功率三個(gè)角度分析了起動(dòng)規(guī)律。主要研究成果包括以下幾個(gè)方面:(1)通過(guò)水槽試驗(yàn)資料、天然河道實(shí)測(cè)資料與4家常用的起動(dòng)流速公式進(jìn)行對(duì)比分析,表明:現(xiàn)有的經(jīng)典起動(dòng)流速公式不適合于大壅水條件下的起動(dòng)流速計(jì)算;對(duì)于水槽小壅水,盡管公式形式上滿足,但是對(duì)于起動(dòng)粒徑的選擇上,有一定的差異性。(2)通過(guò)壅水條件下清水水槽試驗(yàn),壅水條件下水流流速沿垂線分布較均勻流更加均勻,壅水程度越大,水流沿垂向分布越均勻,即流速梯度越小。這一規(guī)律在三峽水庫(kù)大壅水條件下也同樣得到了驗(yàn)證。(3)通過(guò)不同壅水條件下清水水槽試驗(yàn),觀測(cè)并分析了摩阻流速和床面切應(yīng)力的變化規(guī)律,二者均是隨著壅水程度的加大而減小。為了定量的描述它們的關(guān)系,引入壅水指標(biāo)β(壅水水深與對(duì)應(yīng)均勻流條件下水深的比值),通過(guò)4種方法計(jì)算了摩阻流速,選定最可靠的一組值擬合得到了無(wú)量綱摩阻流速u*/u*0與β的變化關(guān)系式,同時(shí)推算得到對(duì)應(yīng)床面切應(yīng)力與β的關(guān)系。(4)通過(guò)不同壅水條件下的清水水槽試驗(yàn),觀測(cè)并分析了各種壅水指標(biāo)β下的流速分布及三向相對(duì)紊動(dòng)強(qiáng)度分布,相比均勻流,二者均有相似的分布結(jié)構(gòu),在adv可測(cè)的范圍內(nèi),流速均滿足對(duì)數(shù)分布規(guī)律,隨著壅水程度加大(β變大),相關(guān)性稍有波動(dòng),但總體對(duì)數(shù)相關(guān)率較高。得到對(duì)應(yīng)流速與β關(guān)系式。三向相對(duì)紊動(dòng)強(qiáng)度,壅水條件下在近底處波動(dòng)較大,但均勻流條件下沿垂線波動(dòng)并不明顯。(5)通過(guò)推移質(zhì)泥沙起動(dòng)試驗(yàn),得出對(duì)于床面泥沙的起動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)選取取樣標(biāo)準(zhǔn),即推移質(zhì)累計(jì)頻率接近100%(d95)的粒徑確定為起動(dòng)粒徑,具有較好的精確性。不同流量下,隨著壅水指標(biāo)的變大,起動(dòng)粒徑變小,沿程會(huì)出現(xiàn)粗沙先起動(dòng)細(xì)沙后起動(dòng)的現(xiàn)象。隨著流量的加大,在相同水深條件下,起動(dòng)粒徑也較大。(6)對(duì)于指數(shù)型流速公式中的參數(shù)A,隨著壅水程度的加大,略有減小,但總體上為一固定常數(shù),根據(jù)本試驗(yàn)結(jié)果取1.23。得到對(duì)應(yīng)與壅水指標(biāo)相關(guān)的起動(dòng)流速公式。利用該公式對(duì)萬(wàn)縣水文站實(shí)測(cè)資料進(jìn)行驗(yàn)證,證明了d95作為起動(dòng)代表粒徑計(jì)算起動(dòng)流速更加精確。(7)水槽試驗(yàn)成果對(duì)拖曳力公式進(jìn)行驗(yàn)證,大體上滿足希爾茲曲線。壅水指標(biāo)β變大,比降J減小,起動(dòng)拖曳力τ0是減小的,而臨界相對(duì)拖曳力Θ呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。說(shuō)明了,起動(dòng)拖曳力τ0受比降J的影響更大。而臨界相對(duì)拖曳力Θ在一定范圍內(nèi)與β指標(biāo)正相關(guān)。(8)利用功率起動(dòng)公式進(jìn)行驗(yàn)證,得到無(wú)量綱起動(dòng)功率0.0191,可以作為推移質(zhì)泥沙起動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)。
【關(guān)鍵詞】：壅水條件 水流結(jié)構(gòu) 水槽試驗(yàn) 床沙起動(dòng)
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)江科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TV14;TV131.3
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 緒論13-31
• 1.1 概述13-14
• 1.1.1 選題的背景13-14
• 1.1.2 研究的意義14
• 1.2 明渠均勻流研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 流速分布14-16
• 1.2.2 切應(yīng)力分布16-17
• 1.3 明渠減速流研究現(xiàn)狀17-23
• 1.3.1 明渠恒定減速流水流結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究17-18
• 1.3.2 明渠恒定減速流流速分布18-20
• 1.3.3 明渠恒定減速流紊動(dòng)強(qiáng)度分布20-21
• 1.3.4 明渠恒定減速流雷諾切應(yīng)力分布21-23
• 1.4 泥沙起動(dòng)研究現(xiàn)狀23-29
• 1.4.1 起動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)23-24
• 1.4.2 起動(dòng)表達(dá)形式24-28
• 1.4.3 減速流條件下泥沙起動(dòng)研究現(xiàn)狀28-29
• 1.5 本文研究的內(nèi)容及技術(shù)路線29-31
• 1.5.1 研究?jī)?nèi)容29
• 1.5.2 技術(shù)路線29-31
• 第二章 三峽水庫(kù)變動(dòng)回水區(qū)萬(wàn)縣水文站實(shí)測(cè)資料分析31-52
• 2.1 變動(dòng)回水區(qū)沿程水流特性31-36
• 2.1.1 流速分布32-34
• 2.1.2 水流紊動(dòng)強(qiáng)度分布34-36
• 2.2 萬(wàn)縣站卵石起動(dòng)分析36-43
• 2.2.1 萬(wàn)縣站各水力參數(shù)的相互關(guān)系37-38
• 2.2.2 床沙級(jí)配變化38-39
• 2.2.3 卵石輸沙量年際之間的變化39-40
• 2.2.4 推移質(zhì)粒徑的變化40-41
• 2.2.5 比降J計(jì)算41-42
• 2.2.6 起動(dòng)對(duì)水流功率的選擇42-43
• 2.3 萬(wàn)縣水文站推移質(zhì)起動(dòng)公式驗(yàn)證43-50
• 2.3.1 起動(dòng)流速公式驗(yàn)證44-47
• 2.3.2 起動(dòng)切應(yīng)力公式驗(yàn)證47-50
• 2.4 小結(jié)50-52
• 第三章 壅水條件下水流結(jié)構(gòu)水槽試驗(yàn)分析52-95
• 3.1 試驗(yàn)概況52-57
• 3.1.1 試驗(yàn)水槽52-53
• 3.1.2 聲學(xué)多普勒流速儀（ADV）53-54
• 3.1.3 試驗(yàn)布置及方案54-57
• 3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析57-92
• 3.2.1 壅水程度指標(biāo)57-58
• 3.2.2 卡門常數(shù) κ 的確定58-59
• 3.2.3 摩阻流速及不同壅水指標(biāo)下床面切應(yīng)力的關(guān)系59-69
• 3.2.4 不同壅水程度指標(biāo)下的流速分布69-85
• 3.2.5 不同壅水程度指標(biāo)與紊動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系85-92
• 3.3 水槽小壅水與三峽變動(dòng)回水區(qū)大壅水對(duì)比初步結(jié)論92-93
• 3.4 小結(jié)93-95
• 第四章 壅水條件下床面泥沙起動(dòng)試驗(yàn)分析95-108
• 4.1 泥沙起動(dòng)概況95-96
• 4.2 泥沙起動(dòng)水槽試驗(yàn)96-97
• 4.2.1 試驗(yàn)水槽及設(shè)備96
• 4.2.2 試驗(yàn)方案及試驗(yàn)條件96-97
• 4.3 試驗(yàn)結(jié)果分析97-106
• 4.3.1 起動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)97-99
• 4.3.2 臨界起動(dòng)流速公式參數(shù)驗(yàn)證99-101
• 4.3.3 臨界無(wú)量綱拖曳力參數(shù)驗(yàn)證101-102
• 4.3.4 臨界起動(dòng)功率分析102-104
• 4.3.5 常用流速起動(dòng)公式在本水槽的驗(yàn)證104-106
• 4.4 小結(jié)106-108
• 第五章 結(jié)論與展望108-112
• 5.1 結(jié)論108-111
• 5.2 展望111-112
• 參考文獻(xiàn)112-116
• 附錄116-117
• 參加的主要科研課題116
• 攻讀碩士學(xué)位期間獲得榮譽(yù)116-117
• 致謝117

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：壅水條件下水流結(jié)構(gòu)及床面泥沙起動(dòng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：274125