自由跌水沖坑深度及水墊消能研究.pdf

1、自由跌水的沖刷破壞問(wèn)題一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本文首先回顧了自由跌水和沖坑深度的理論研究、試驗(yàn)研究以及數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀。再以某實(shí)際工程為背景，利用有機(jī)玻璃制作模型進(jìn)行試驗(yàn)；接著，從自由跌水的特點(diǎn)出發(fā)，推導(dǎo)出了一個(gè)跌水沖坑深度的計(jì)算公式。將其結(jié)合已有的兩個(gè)沖坑深度計(jì)算公式，對(duì)模型試驗(yàn)結(jié)果和實(shí)際工程進(jìn)行了對(duì)比分析，驗(yàn)證了本文公式的正確性；最后，利用 FLUNTE對(duì)實(shí)際工程的自由跌水進(jìn)行了數(shù)值模擬。本文通過(guò)對(duì)以上內(nèi)容的研究，得到了

2、以下主要結(jié)論：
　?。?）將前人從消能觀點(diǎn)和水躍觀點(diǎn)出發(fā)得到的沖坑深度與模型試驗(yàn)實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較。對(duì)比結(jié)果后發(fā)現(xiàn)，用消能觀點(diǎn)沖坑深度公式得到的計(jì)算值與模型試驗(yàn)實(shí)測(cè)值相比偏大，而用水躍觀點(diǎn)沖坑深度公式得到的計(jì)算值與模型試驗(yàn)實(shí)測(cè)值相比偏小。
　　（2）本文從自由跌水的特點(diǎn)出發(fā)，在考慮水舌收縮的基礎(chǔ)上，利用單個(gè)沙粒在穩(wěn)定沖坑中的能量守恒建立平衡方程，推導(dǎo)得出了一個(gè)跌水沖坑深度的計(jì)算公式。由此公式得到的沖坑深度計(jì)算值與模型試驗(yàn)實(shí)測(cè)值的

3、擬合曲線符合得很好。
　?。?）利用消能觀點(diǎn)、水躍觀點(diǎn)、以及本文推導(dǎo)得到的沖坑公式對(duì)實(shí)際的自由跌水工程沖刷坑深度進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果表明，從消能觀點(diǎn)公式得到的計(jì)算值和水躍觀點(diǎn)公式得到的計(jì)算值較工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值都偏小，而從本文推導(dǎo)公式得到的計(jì)算值卻與工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值非常接近。綜合比較模型試驗(yàn)和實(shí)際工程，說(shuō)明利用本文推導(dǎo)得到的沖坑公式，用來(lái)計(jì)算這類自由跌水形成的沖坑深度是相當(dāng)準(zhǔn)確的。
　?。?）通過(guò)預(yù)設(shè)不同深度水墊塘的方法，對(duì)某個(gè)實(shí)際工程

4、的自由跌水進(jìn)行數(shù)值模擬，計(jì)算跌流的最大臨底流速。計(jì)算結(jié)果表明：水墊塘的設(shè)置可以明顯的減小水舌跌落后的最大臨底流速；最大臨底流速的大小會(huì)隨水墊塘深度的增加而降低。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合消能效果和工程投資綜合考慮，對(duì)該工程布置0.9m的水墊塘，既能滿足較好的消能效果不產(chǎn)生沖坑，又能在經(jīng)濟(jì)上達(dá)到相對(duì)較優(yōu)，由此可作為該工程減輕下游沖刷的整修方案。這種利用數(shù)值模擬計(jì)算最大臨底流速來(lái)選定布置水墊塘的方法還可以應(yīng)用到別的實(shí)際工程當(dāng)中，為工程設(shè)計(jì)、整修提供參