溢流前缘长度变化对直角折线堰过流能力影响研究

在一定过流宽度下,直角折线堰的过流能力和侧堰位置(前堰长度)、侧堰长度直接相关,其实质是溢流前缘长度随堰顶水头增加而减小。基于试验研究成果,对一定堰高,不同侧堰位置(前堰长度)、侧堰长度的直角折线堰流量系数进行拟合分析,得到基于溢流前缘长度变化的流量系数计算公式,可为类似工程提供参考。该研究成果的应用不仅能够保证河道行洪能力,还能够产生较好的水景观。

基于溢流前缘长度变化的迷宫堰过流能力拟合分析

即便是山区峡谷水库,迷宫堰在低水头情况下的超泄能力也比较大,但随堰顶水头增加,其过流能力降低明显。依托既有试验研究成果,结合过堰水流随流量增大,其流态从薄壁堰流逐渐过渡到真空实用堰流的现象,对比分析W型迷宫堰流量系数的变化;进而运用Origin软件对试验数据进行数学方法回归分析,给出迷宫堰溢流前缘长度随堰顶水头增加而减小的拟合公式。在此基础上,得到基于溢流前缘长度变化的W型和V型迷宫堰过流能力拟合公式。其成果能够很好说明迷宫堰溢流前缘长度以及过流能力随水头增加而变化的现象。

基于溢流前缘长度变化的驼峰堰过流能力拟合

针对具体工程中驼峰堰泄流能力较大的实际情况,应以相关研究成果为依托,并结合过堰水流随流量增大时其流态会从薄壁堰过渡至实用堰流的客观实际,进行驼峰堰流量系数变化分析。在此基础上,得出基于溢流前缘长度变化的驼峰堰过流能力拟合公式,且其成果与驼峰堰溢流前缘长度及过流能力随水头增大而变化的情况基本吻合。分析结果表明,驼峰堰过堰水流流态主要从薄壁堰向实用堰变化,展长变化所对应的驼峰堰流量系数计算公式可通过对水库溢洪道驼峰堰溢流前缘长度的拟合分析得出;当驼峰堰单峰角度在15°~25°范围内变化时,所得到的拟合公式适用于堰顶水头不超出堰高时的泄流。

直角折线堰堰体各组成部分过流能力分析

直角折线堰堰体各组成部分(前堰、侧堰、后堰)过堰水流形态各异。采用FLOW-3D软件,基于RNG k-ε湍流模型与Tru⁃VOF方法对直角折线堰进行数值模拟计算,得到前堰、侧堰、后堰溢流特性与过流能力情况:1)就水流流线而言,随堰顶水头增大,前堰始终与堰体保持正交,侧堰则由正交逐步趋向平行,后堰由正交到斜交再恢复到正交;2)堰顶水头增大到100~150 mm范围时,前堰、侧堰、后堰堰顶下游侧开始出现负压、继而消失;3)随堰顶水头增大,前堰溢流前缘长度基本没有变化、侧堰有效溢流前缘长度则下降明显,后堰溢流前缘长度变化不大,但堰顶有效水头低于前堰。在此基础上,给出了前堰和后堰长度相同时不同堰体在直角折线堰中的具体过流变化情况。

生态河道直角折线堰淹没特性分析

直角折线堰用于生态河道治理能够起到很好的景观作用。通过数值模拟,研究直角折线堰不同布置情况下的淹没特性。结果表明:①侧堰位置靠近河道两岸,更容易出现淹没;而侧堰长度改变,对淹没发展影响不大。②当堰顶以上的下游水深超过1.90倍自由出流堰顶水头时,直角折线堰达到完全淹没状态。③通过公式拟合,给出与河道过流(固定)宽度相对应的直角折线堰淹没出流过流能力计算公式。该研究成果可为直角折线堰的设计和工程应用提供可靠的理论依据。