低弗劳德数水流二级消力池体型参数试验研究

谭高文; 韩昌海; 余凯文

doi:10.14042/j.cnki.32.1309.2018.06.010

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低弗劳德数水流二级消力池体型参数试验研究

谭高文, 韩昌海, 余凯文

文章导航 > 水科学进展 > 2018 > 29(6): 848-857

谭高文, 韩昌海, 余凯文. 低弗劳德数水流二级消力池体型参数试验研究[J]. 水科学进展, 2018, 29(6): 848-857. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.06.010

引用本文:

谭高文, 韩昌海, 余凯文. 低弗劳德数水流二级消力池体型参数试验研究[J]. 水科学进展, 2018, 29(6): 848-857. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.06.010

TAN Gaowen, HAN Changhai, YU Kaiwen. Experimental study on the body parameters of the two-stage stilling basin in low Froude number flow[J]. Advances in Water Science, 2018, 29(6): 848-857. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.06.010

Citation:

TAN Gaowen, HAN Changhai, YU Kaiwen. Experimental study on the body parameters of the two-stage stilling basin in low Froude number flow[J]. Advances in Water Science, 2018, 29(6): 848-857. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.06.010

低弗劳德数水流二级消力池体型参数试验研究

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.06.010

1.
中国三峡建设管理有限公司, 四川成都 610042;
2.
南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏南京 210029

基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51679148）

详细信息

作者简介:
谭高文(1989-),男,湖南新化人,助理工程师,硕士,主要从事水力学及河流动力学和工程管理研究。E-mail:tan_gaowen@ctg.com.cn

通讯作者:
韩昌海,E-mail:chhan@nhri.cn

中图分类号: TV135

Experimental study on the body parameters of the two-stage stilling basin in low Froude number flow

1.
China Three Gorges Projects Development Co. Ltd, Chengdu 610042, China;
2.
State Key Laboratory of Hydrology Water Resources and Hydraulic Engineering, Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210029, China

摘要: 低弗劳德数水流条件下，二级消力池是解决消能问题的一种有效途径。但至今为止，有关二级消力池的工程应用研究较多，而在体型参数和消能机理方面研究较少。为此，采用理论分析和物理模型试验相结合的方法，研究了低弗劳德数水流二级消力池体型参数及其敏感性。结果表明：消力池的长度、深度和尾坎高度等参数都存在界限值，超出界限值时第一级消力池易于产生波状或远驱水跃，而第二级消力池出池水面波动显著增大。池长小于界限值时，消力池池内流态恶化，消能率明显降低；尾坎高度越低，消波效果越好。优化后的二级消力池消能率明显提高，且二级消力池对尾水位的适应性也显著扩大。引入尾坎高度修正系数ω_i，提出了各级池长和尾坎高度的计算公式。
- 低弗劳德数水流 /
- 二级消力池 /
- 体型参数 /
- 波动 /
- 消能率
Abstract: Under the condition of a low Froude number (Fr) flow, the two-stage stilling basin is an effective way of solving the problem of energy dissipation. However, to date, there have been many applications of the two-stage stilling basin, but little research on the shape parameters and energy dissipation mechanisms. To address this issue, the body parameters and their sensitivity in the two-stage stilling basin during low Fr flow were studied by combining theoretical analysis and a physical model. The results indicated that the parameters of the stilling basin such as length, depth, and end sill height all have thresholds. When a parameter exceeds the threshold, the undular or repelled downstream hydraulic jump tends to occur in the first stage stilling basin, while the water surface fluctuation in the second stage stilling basin increases significantly. When the length of the stilling basin is less than the threshold, the flow regime in the stilling basin deteriorates, and the energy dissipation ratio decreases significantly. The lower the height of the end sill, the better the wave attenuation effect. The energy dissipation ratio of the optimized two-stage stilling basin is obviously improved, and the adaptability to the tail water level is also significantly expanded. In this study, the correction coefficient (ω_i) of the end sill is introduced, and the formula for calculating the length as well as the end sill height of stilling basins is proposed.
- low Froude number water flow /
- two-stage energy dissipation basin /
- body parameters /
- fluctuation /
- energy dissipation rate

[1]	郑飞东, 王平义, 李云. 滑坡体散体化对涌浪波动特征的影响 . 水科学进展, 2022, 33(5): 826-834. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2022.05.012
[2]	胡春宏, 张晓明, 赵阳. 黄河泥沙百年演变特征与近期波动变化成因解析 . 水科学进展, 2020, 31(5): 725-733. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.05.009
[3]	李瑶, 杨胜发, 付旭辉. 弯曲溢洪道挑流消能试验研究 . 水科学进展, 2020, 31(3): 413-421. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.03.011
[4]	谭高文, 韩昌海, 韩康, 余凯文. 低弗劳德数水流二级消力池水力特性试验研究 . 水科学进展, 2020, 31(1): 71-80. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.01.008
[5]	南军虎, 马保泰, 王煜搏, 牛争鸣, 洪镝. 水平旋流消能工水力学研究方法适宜性 . 水科学进展, 2018, 29(3): 390-397. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.03.011
[6]	李文哲, 李志威, 王兆印. 推移质输沙对阶梯-深潭系统消能的影响 . 水科学进展, 2017, 28(3): 338-345. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.03.003
[7]	周招, 王均星, 梁砚, 张文传. 深尾水消力池非完全宽尾墩消能试验研究 . 水科学进展, 2017, 28(5): 729-737. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.05.010
[8]	李文哲, 王兆印, 李志威, 张晨笛, 吕立群. 阶梯-深潭系统的水力特性 . 水科学进展, 2014, 25(3): 374-382.
[9]	尹则高, 郑清鑫, 王乐, 曹先伟. 渐缩渐扩洞塞消能和空化特性 . 水科学进展, 2012, 23(5): 687-694. doi: CNKI: 32.1309.P.20120824.1606.010
[10]	刘安富, 杨敏, 李会平, 董天松. 宽尾墩消力池透水底板脉动压力试验研究 . 水科学进展, 2012, 23(2): 243-248. doi: CNKI: 32.1309.P.20120224.2002.004
[11]	彭勇, 张建民, 许唯临, 刘善均, 王韦. 前置掺气坎式阶梯溢洪道掺气水深及消能率的计算 . 水科学进展, 2009, 20(1): 63-68.
[12]	赖锡军, 姜加虎, 黄群. 应用最优控制理论自动率定二维浅水方程的糙率参数 . 水科学进展, 2008, 19(3): 383-388.
[13]	焦爱萍, 刘沛清, 刘宪亮. 基于计算流体动力学的不同流量比两股射流水垫塘的消能特性研究 . 水科学进展, 2008, 19(2): 238-244.
[14]	吴时强, 吴修锋, 周辉, 陈惠玲. 底流消能方式水电站泄洪雾化模型试验研究 . 水科学进展, 2008, 19(1): 84-88.
[15]	尹则高, 拾兵, 赵林, 孙东坡. 洞塞式消能工的数值模拟 . 水科学进展, 2008, 19(1): 89-93.
[16]	张建民, 王玉蓉, 杨永全, 许唯临, 李艳玲, 曾雄辉, 程浩. 水平多股淹没射流水力特性及消能分析 . 水科学进展, 2005, 16(1): 18-22.
[17]	刘焕芳, 苏萍, 李强. 深筒式消力井水力特性试验研究 . 水科学进展, 2002, 13(5): 639-642.
[18]	王玲玲, 严忠民. 石梁河水库消力池强紊动水流的数值模拟 . 水科学进展, 2002, 13(3): 363-367.
[19]	李中枢, 潘艳华, 韩连超, 常志涛. 宽尾墩联合消能工体型选择及水力特性的研究 . 水科学进展, 2000, 11(1): 82-87.
[20]	夏胜俊, 谢志仁, 王文. 上海浦东YA孔微量元素变化与历史时期水体盐度波动 . 水科学进展, 1999, 10(4): 411-417.

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低弗劳德数水流二级消力池体型参数试验研究

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.06.010

1. 中国三峡建设管理有限公司, 四川成都 610042;

2. 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏南京 210029

基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51679148）

作者简介:
谭高文(1989-),男,湖南新化人,助理工程师,硕士,主要从事水力学及河流动力学和工程管理研究。E-mail:tan_gaowen@ctg.com.cn

通讯作者: 韩昌海,E-mail:chhan@nhri.cn

收稿日期: 2018-03-28
刊出日期: 2018-12-25

中图分类号: TV135

关键词:

波动 /

摘要: 低弗劳德数水流条件下，二级消力池是解决消能问题的一种有效途径。但至今为止，有关二级消力池的工程应用研究较多，而在体型参数和消能机理方面研究较少。为此，采用理论分析和物理模型试验相结合的方法，研究了低弗劳德数水流二级消力池体型参数及其敏感性。结果表明：消力池的长度、深度和尾坎高度等参数都存在界限值，超出界限值时第一级消力池易于产生波状或远驱水跃，而第二级消力池出池水面波动显著增大。池长小于界限值时，消力池池内流态恶化，消能率明显降低；尾坎高度越低，消波效果越好。优化后的二级消力池消能率明显提高，且二级消力池对尾水位的适应性也显著扩大。引入尾坎高度修正系数ω_i，提出了各级池长和尾坎高度的计算公式。

English Abstract

Experimental study on the body parameters of the two-stage stilling basin in low Froude number flow

1. China Three Gorges Projects Development Co. Ltd, Chengdu 610042, China;

2. State Key Laboratory of Hydrology Water Resources and Hydraulic Engineering, Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210029, China

Received Date: 2018-03-28
Publish Date: 2018-12-25

Keywords:

Abstract: Under the condition of a low Froude number (Fr) flow, the two-stage stilling basin is an effective way of solving the problem of energy dissipation. However, to date, there have been many applications of the two-stage stilling basin, but little research on the shape parameters and energy dissipation mechanisms. To address this issue, the body parameters and their sensitivity in the two-stage stilling basin during low Fr flow were studied by combining theoretical analysis and a physical model. The results indicated that the parameters of the stilling basin such as length, depth, and end sill height all have thresholds. When a parameter exceeds the threshold, the undular or repelled downstream hydraulic jump tends to occur in the first stage stilling basin, while the water surface fluctuation in the second stage stilling basin increases significantly. When the length of the stilling basin is less than the threshold, the flow regime in the stilling basin deteriorates, and the energy dissipation ratio decreases significantly. The lower the height of the end sill, the better the wave attenuation effect. The energy dissipation ratio of the optimized two-stage stilling basin is obviously improved, and the adaptability to the tail water level is also significantly expanded. In this study, the correction coefficient (ω_i) of the end sill is introduced, and the formula for calculating the length as well as the end sill height of stilling basins is proposed.

谭高文, 韩昌海, 余凯文. 低弗劳德数水流二级消力池体型参数试验研究[J]. 水科学进展, 2018, 29(6): 848-857. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.06.010

引用本文:

谭高文, 韩昌海, 余凯文. 低弗劳德数水流二级消力池体型参数试验研究[J]. 水科学进展, 2018, 29(6): 848-857. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.06.010

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doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.06.010

作者简介: 谭高文(1989-),男,湖南新化人,助理工程师,硕士,主要从事水力学及河流动力学和工程管理研究。E-mail:tan_gaowen@ctg.com.cn

通讯作者: 韩昌海,E-mail:chhan@nhri.cn

Experimental study on the body parameters of the two-stage stilling basin in low Froude number flow

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出版历程

低弗劳德数水流二级消力池体型参数试验研究

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.06.010

1. 中国三峡建设管理有限公司, 四川成都 610042; 2. 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏南京 210029

作者简介: 谭高文(1989-),男,湖南新化人,助理工程师,硕士,主要从事水力学及河流动力学和工程管理研究。E-mail:tan_gaowen@ctg.com.cn

通讯作者: 韩昌海,E-mail:chhan@nhri.cn

English Abstract

Experimental study on the body parameters of the two-stage stilling basin in low Froude number flow

1. China Three Gorges Projects Development Co. Ltd, Chengdu 610042, China; 2. State Key Laboratory of Hydrology Water Resources and Hydraulic Engineering, Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210029, China

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作者简介:
谭高文(1989-),男,湖南新化人,助理工程师,硕士,主要从事水力学及河流动力学和工程管理研究。E-mail:tan_gaowen@ctg.com.cn

通讯作者:
韩昌海,E-mail:chhan@nhri.cn

1. 中国三峡建设管理有限公司, 四川成都 610042;

2. 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏南京 210029

作者简介:
谭高文(1989-),男,湖南新化人,助理工程师,硕士,主要从事水力学及河流动力学和工程管理研究。E-mail:tan_gaowen@ctg.com.cn

1. China Three Gorges Projects Development Co. Ltd, Chengdu 610042, China;

2. State Key Laboratory of Hydrology Water Resources and Hydraulic Engineering, Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210029, China