水動(dòng)力特征試驗(yàn)研究范文

本站小編為你精心準(zhǔn)備了水動(dòng)力特征試驗(yàn)研究參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫(xiě)作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)》2014年第三期

1模型設(shè)計(jì)及試驗(yàn)方法

新溝河延伸拓浚工程是太湖流域防洪規(guī)劃確定的必要新增工程措施，新溝河三山港—武進(jìn)港在常州戚墅堰區(qū)與京杭運(yùn)河平交。本次模型試驗(yàn)［10］的模擬范圍包括:①京杭運(yùn)河:運(yùn)河平交口門處及其上下游總計(jì)約1km范圍;②武進(jìn)港連接段:運(yùn)河平交口門處往南350m左右的范圍;③三山港連接段:運(yùn)河平交口門處往北350m左右的范圍。具體平面布置如圖1所示。為準(zhǔn)確反映新溝河三山港—武進(jìn)港與運(yùn)河平交口門附近復(fù)雜水流特征，采用大比尺的正態(tài)模型，根據(jù)如下定床河工模型相似理論，確定模型各項(xiàng)比尺［10］:水平比尺λl與垂直比尺λh均為50，流速比尺λv=7．07，流量比尺λQ=17678，糙率比尺λn=1．92。模型總長(zhǎng)約20m，寬約15m。試驗(yàn)過(guò)程中，采用先進(jìn)的二維電磁流速儀對(duì)流速進(jìn)行測(cè)量，該流速儀可準(zhǔn)確量測(cè)縱、橫兩個(gè)方向的沿水深平均流速分量，測(cè)量位置為距河底0．6h(h為水深)處?？陂T區(qū)99個(gè)流速測(cè)量點(diǎn)布置如圖1所示。平交口門區(qū)水流特征的試驗(yàn)工況中，口門處水位3．5m，來(lái)流量為:武進(jìn)港向運(yùn)河排水60m3/s，三山港從運(yùn)河分泄流量80m3/s，運(yùn)河西側(cè)來(lái)水量為184m3/s，往東側(cè)方向流量為164m3/s。模型水深一般為5～12cm，雷諾數(shù)約為9600，弗勞德數(shù)約為0．11。

2口門區(qū)水流特征

2．1平交口門處流態(tài)三山港—武進(jìn)港與京杭運(yùn)河平交口門處流態(tài)如圖2所示。武進(jìn)港—三山港水流對(duì)京杭運(yùn)河形成橫向流。受三山港吸流的影響，京杭運(yùn)河來(lái)流流至三山港口門時(shí)水流明顯左偏并進(jìn)入三山港，出現(xiàn)一定范圍的橫流區(qū)。受武進(jìn)港出流的頂托作用，位于武進(jìn)港出口上游的運(yùn)河右側(cè)出現(xiàn)較大范圍的緩流區(qū)(回流區(qū))。

2．2流速分布特征依據(jù)流速、流向測(cè)量結(jié)果，繪制出平交口門處流場(chǎng)流線分布(見(jiàn)圖3(a))。此外，兩側(cè)武進(jìn)港、三山港水流對(duì)京杭運(yùn)河形成橫向流，而京杭運(yùn)河具有通航功能，因此，掌握其橫流分布特征極為重要，口門區(qū)京杭運(yùn)河橫流流速分布特征如圖3(b)所示。由圖3可見(jiàn)，口門區(qū)流速一般約0．50～0．80m/s，受三山港吸流的影響，京杭運(yùn)河來(lái)流流至三山港口門時(shí)水流明顯左偏并進(jìn)入三山港，出現(xiàn)一定范圍的橫流區(qū)，且存在超過(guò)0．30m/s的強(qiáng)橫流區(qū)，其距運(yùn)河中心線的距離約26m(圖3(b))，最大橫流值為0．39m/s。受武進(jìn)港出流的頂托作用，位于武進(jìn)港出口上游的運(yùn)河右側(cè)也出現(xiàn)較大范圍的緩流區(qū)(回流區(qū))，其流速值一般在0．10m/s以內(nèi);武進(jìn)港出口及靠下游側(cè)受出流的影響，運(yùn)河右側(cè)同樣出現(xiàn)橫流區(qū)，超過(guò)0．30m/s的強(qiáng)橫流區(qū)距運(yùn)河中心線的距離約24m(圖3(b))，最大橫流值為0．37m/s。

2．3不同河道邊界條件下口門區(qū)水流特征的變化規(guī)律河道邊界對(duì)口門區(qū)水動(dòng)力特征有著明顯影響，通過(guò)試驗(yàn)研究探討不同邊界條件下口門區(qū)水流特征的變化規(guī)律，重點(diǎn)是京杭運(yùn)河橫流分布的變化特征。試驗(yàn)過(guò)程中，共設(shè)置2種河道邊界條件(見(jiàn)圖4)。邊界條件的區(qū)別主要在武進(jìn)港口門區(qū):邊界一是武進(jìn)港口門西側(cè)(即京杭運(yùn)河上游側(cè))口門邊界擴(kuò)大，如圖4(a)所示;邊界二是武進(jìn)港口門東側(cè)(即京杭運(yùn)河下游側(cè))口門邊界擴(kuò)大，如圖4(b)所示。2種不同口門擴(kuò)大邊界條件下，三山港—武進(jìn)港與京杭運(yùn)河平交口門處流場(chǎng)流線分布如圖5所示。由圖可見(jiàn)，2種邊界條件下口門區(qū)主流流速值基本一致，數(shù)值在0．50～0．80m/s;邊界條件一時(shí)，位于緩流區(qū)(回流區(qū))的武進(jìn)港口門西側(cè)邊界擴(kuò)大，武進(jìn)港出流的有效過(guò)流面積并未增大，此時(shí)，該區(qū)的回流區(qū)范圍有所增大(圖5(a));邊界條件二時(shí)，流速較大的武進(jìn)港口門東側(cè)邊界擴(kuò)大，其出流的有效過(guò)流面積增大，此時(shí)，武進(jìn)港出流流速減小，其對(duì)上游的頂托作用減弱，因此上游側(cè)的回流區(qū)范圍有所減小(圖5(b))。2種不同口門擴(kuò)大邊界條件下，三山港—武進(jìn)港與京杭運(yùn)河平交口門橫流流速分布特征如圖6所示。由圖可見(jiàn)，因受三山港吸流的影響，京杭運(yùn)河來(lái)流流至三山港口門時(shí)水流明顯左偏并進(jìn)入三山港，仍存在一定范圍的橫流區(qū)，但超過(guò)0．30m/s的強(qiáng)橫流區(qū)范圍較邊界未擴(kuò)大前(圖3(b))均明顯減小，且基本位于京杭運(yùn)河邊，其距運(yùn)河中心線的距離約40m，最大橫流值約0．32m/s。武進(jìn)港出口及靠下游側(cè)受出流的影響，運(yùn)河右側(cè)同樣出現(xiàn)橫流區(qū)，2種邊界條件下超過(guò)0．30m/s的強(qiáng)橫流區(qū)范圍較邊界未擴(kuò)大前(圖3(b))均有所減小;邊界條件一時(shí)，其距運(yùn)河中心線的距離在28m左右(圖6(a))，最大橫流值在0．33m/s左右;邊界條件二時(shí)，橫流減小效果較邊界條件一時(shí)顯著，超過(guò)0．30m/s的強(qiáng)橫流區(qū)范圍基本位于京杭運(yùn)河邊，其距運(yùn)河中心線的距離在30m左右(圖6(b))。由不同邊界條件下口門區(qū)水動(dòng)力特征試驗(yàn)結(jié)果可看出，口門區(qū)河道邊界擴(kuò)大后，與邊界未擴(kuò)大前相比，京杭運(yùn)河強(qiáng)橫流(大于0．30m/s)范圍均有所減小。邊界條件一時(shí)，武進(jìn)港口門西側(cè)擴(kuò)大區(qū)基本位于緩流區(qū)(回流區(qū))，因此武進(jìn)港口門區(qū)的強(qiáng)橫流范圍雖有所減小，但效果并不明顯;邊界條件二時(shí)，在流速相對(duì)較大、橫流相對(duì)較強(qiáng)的口門東側(cè)(下游側(cè))實(shí)施口門邊界擴(kuò)大，此時(shí)，口門區(qū)強(qiáng)橫流范圍的減小效果明顯。由此可見(jiàn)，流速較大一側(cè)邊界條件的改變，對(duì)水動(dòng)力特征的影響明顯。

3結(jié)語(yǔ)

以新溝河三山港—武進(jìn)港與京杭運(yùn)河平交口門區(qū)為例，對(duì)其水動(dòng)力特征進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并探討了不同邊界條件下的水流特征變化規(guī)律。研究結(jié)果表明:(1)受三山港吸流影響，京杭運(yùn)河來(lái)流流至三山港口門時(shí)水流明顯左偏并進(jìn)入三山港，出現(xiàn)一定范圍的橫流區(qū);受武進(jìn)港出流頂托作用，位于武進(jìn)港出口上游的運(yùn)河右側(cè)出現(xiàn)較大范圍回流區(qū)，其范圍隨著武進(jìn)港出流流速的減小而減小。(2)河道邊界對(duì)口門區(qū)水動(dòng)力特征存在明顯影響，流速較大一側(cè)邊界條件的改變，對(duì)水動(dòng)力特征的影響最明顯。在類似平交口門區(qū)，需改變流速分布時(shí)，可優(yōu)先考慮調(diào)整流速較大側(cè)邊界。

作者：陸銀軍假冬冬萬(wàn)乾山張幸農(nóng)單位：江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司南京水利科學(xué)研究院水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室