矩形扩散水跃方程的近似解

在矩形扩散渠槽水跃的水面按线性变化和侧墙反力按梯形计算假设的基础上,根据动量原理,推导了矩形扩散渠槽的水跃方程.通过级数展开处理,获得了矩形扩散渠槽的水跃方程的近似解.近似解的计算结果和实验值一致.将近似解应用于矩形明渠水跃水力计算,在稳定水跃范围内,近似解与经典的矩形明渠水跃的理论解析解的最大相对误差为6.67%.说明矩形扩散渠槽的水跃方程的近似解可以应用到工程计算.

突然扩散水跃方程的显式解

泄水建筑物下游的消能防冲是保证水利工程安全的重要措施。突然对称扩散水跃是水跃消能的形式之一。分析了突然扩散水跃方程(以下简称突扩水跃方程)以及突扩水跃的水力特性,研究了回流平均水深,认为回流平均水深是跃前和跃后水深的函数,同时又受突扩比的影响,提出了系数α的经验式,并应用动量守恒原理推导了突扩水跃方程,给出了该方程的显式解。试验验证表明,突扩水跃方程显式解与试验结果吻合,显式解与试验结果的平均误差为5. 481%,说明该显式解实用可靠,精度高,可用于计算实际工程问题。

突然扩散水跃方程的近似解

突然对称扩散水跃被广泛地应用于实际工程。本文研究了突然扩散水跃方程及它的近似解特性,应用动量守恒原理推导了突然扩散水跃共轭水深关系式。通过级数展开处理,获得了突然扩散水跃方程的近似解,给出了确定有关参数的经验公式。不同突扩比时突然扩散水跃方程的近似解与实验结果的平均误差为5.642%,可见与实验结果吻合较好。另外,将近似解应用到矩形渠槽的水跃,结果说明与实验的平均误差为1.943%。在稳定水跃范围内,与矩形明渠水跃典型理论解的最大误差为1.2%。近似解能很好地与理论解及实验一致,这说明水跃方程近似解具有较高的精度,是可靠的。本文近似解可以应用到计算工程问题。

突然扩散水跃方程的改进与比较

为研究突然扩散水跃方程的特性,根据动量守恒原理,在回流区平均水深作为代表水深的假设下,推导了突然扩散水跃的一般方程。在改进了回流区平均水深具体表达式的基础上,得到了突然扩散水跃的新方程,并给出了有关参数的确定方法。将已有的和改进的突然扩散水跃方程求得的共轭水深比与试验结果进行了比较,结果表明:不同突扩比时改进后的方程求得的共轭水深比与试验结果的平均相对误差和最大相对误差最小,计算精度最高;且改进后的方程具有显式解,计算方便。因此,改进后的方程可用于突然扩散水跃共轭水深的水力设计。

平底突扩三元水跃流场的数值模拟

应用湍流RNG k-ε模型封闭流体力学方程组,VOF法追踪自由表面,采用非定常流动PISO算法对R型水跃,S型临界式水跃和S型淹没式水跃进行了数值模拟。结果表明,采用Fluent软件对平底突扩三元水跃进行数值模拟具有较强的适用性。3种水跃在水流的上部区域均形成逆时针方向的翻滚漩涡。S型临界式水跃(z=0.024 m)发生了对称扩散,并在x=1.00 m断面与x=1.30 m断面之间形成了对称分布的漩涡。发现水流紊动能最大值在水跃中部,R型水跃发生的紊动能较大,S型临界式水跃和S型淹没式水跃两者的紊动能相近。分析中轴立面流速分布后,发现在相同位置的横断面上,R型水跃流速均较大。水跃区内,R型水跃边界层变化不大,S型临界式水跃边界层增长缓慢,S型淹没式水跃边界层增加趋势明显。S型淹没式水跃最大流速值以较快速率减小,并且最大流速值相比另外两种工况时小。

平底突扩断面水跃共轭水深分析计算

基于平底突扩水跃形成机制,认为突扩断面回流区平均水深取决于突扩断面上游渠道的能量水头及断面突扩比等。假定突扩断面回流区平均水深等于突扩断面上游渠道能量水头乘以修正系数,通过实测资料分析,建立了修正系数与上游渠道弗劳德数以及断面突扩比的关系式,并将突扩断面回流区平均水深代入平底突扩水跃共轭水深一般方程,得到了跃后水深计算公式。经实测资料验证,本文跃后水深计算公式计算结果与实测资料符合良好,误差较小。

改进的突然对称扩散水跃方程

泄水建筑物下游的消能防冲是水利工程设计的重要问题。突然对称扩散水跃是消能的一种基本形式。为了研究突然对称扩散水跃共轭水深的水力特性,根据动量原理建立了突然对称扩散水跃共轭水深方程。发现突然对称扩散水跃始端扩散断面的回流平均水深h3可以表示为跃前断面水深h1和跃后断面水深h2的函数,即h3=h1+αh2。根据大量实验资料,给出了系数α随着突扩比β变化的函数关系式。本文建议的方程能够很好的与实验吻合一致。在已有的计算方法中,本文方程与实验结果的平均误差和最大误差最小。因此,本文方程可以应用到实际问题的水力计算。

突扩式水跃跃长的计算公式推导与验证

水跃长度为突扩式消力池设计的重要参数,对消力池安全稳定以及经济合理的影响效果显著。通过建立水跃区水体质点的运动方程,研究突扩式消力池水跃跃长的变化规律。提出了突扩式水跃跃长的半理论公式,并用已有文献的实测数据对其进行验证。研究表明:突扩式消力池水跃长度是跃前断面弗劳德数、跃前断面平均水深、水跃共轭水深比和消力池突扩比的函数,并随着跃前断面弗劳德数、跃前断面平均水深和水跃共轭水深比的增大而增大。结果显示,公式计算的突扩式水跃长度平均误差为4.32%,在5种体形共48组工况下只有5组工况的水跃长度相对误差>10%,且最大相对误差为-12.52%,其余工况下相对误差均<10%。