挑流水舌空中运动扩散特性研究
批准号:
52079084
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
刘超
依托单位:
学科分类:
水力学与河流动力学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘超
中文摘要
水利工程100米级以上高坝中挑流消能占比80%以上,但容易引起下游冲刷和雾化,在挑流消能设计中,为了防止冲刷和雾化,需准确估算水舌挑距等技术参数。然而,由于对挑坎出口断面的流速分布及不同速度量级水舌空中运动扩散特性认识不清,导致现有挑距等技术参数的计算理论公式虽多,但计算结果差异极大,严重制约了挑流消能设计水平。本项目拟采用系列模型试验和原型观测,结合数值模拟和理论分析的方法,通过对连续坎、窄缝坎、扩散坎三种典型挑坎挑流水舌运动扩散特性的对比分析,揭示挑坎出口断面流速分布规律并建立其理论计算公式,查明挑流水舌运动扩散特性参数的缩尺影响及其定量关系,获取挑流水舌运动扩散特性参数与挑坎段体型参数、坎前来流条件之间的关系和变化规律,建立一套挑流水舌形态、纵横向扩散、挑距、入水范围、入水角等运动扩散特性参数的高精度计算方法,为挑流消能工的设计提供理论支撑,为深入研究射流冲刷、雾化等提供科学依据。
英文摘要
In the water conservancy project, ski-jump energy dissipation is applied in the 100-meter-level high dam more than 80%, however, it could easily cause scour and atomization in the downstream. In the design of ski-jump energy dissipation, in order to prevent the scouring and atomization, it is necessary to accurately estimate the technical parameters such as the nappe trajectory length and the range of nappe plunging into the pool. However, due to the unclear understanding of the velocity distribution at the exit section of the flip bucket and motion diffusion characteristics of the nappe with different velocity orders, there are many theoretical formulas for calculating the technical parameters such as the nappe trajectory length and the range of nappe plunging into the pool, yet with greatly varied results, which seriously restricts the design level and application effect.This project is intended to conduct a series of model tests and prototype observations combined with numerical simulation and theoretical analysis to comparatively analyze the hydraulic characteristics of three (continuous, silt-type and diffusion) typical flip buckets. The goals of this study are 1) to learn flow velocity distribution of the exit section of the flip bucket and establish the theoretical calculation formula; 2) to reveal the scale effect and quantitative relationship of the hydraulic characteristics of the flip bucket at the model scale; 3) to find out the relationship between the hydraulic characteristics of the nappe and the conditions of the incoming flow and the shape parameters of the bucket section; and to establish a set of high precision calculation methods for nappe diffusion in the longitudinal and horizontal direction, nappe trajectory length, the range and angle of nappe plunging into the pool and distributions of velocity in different sections under different conditions of ski-jump types and outlet's shape parameters. This study would be able to provide theoretical support for ski-jump energy dissipation structure design, and to provide scientific basis for in-depth study of jet scouring and atomization.
在水利工程中,挑流消能应用广泛,却易引发下游冲刷和雾化问题。准确估算水舌挑距等水力技术参数,是优化挑流消能设计的关键。然而,目前对挑坎出口流速分布和水舌运动扩散特性认识不足,现有计算理论公式结果差异大,制约了挑流消能设计水平的提升。本项目通过系列模型试验、数值模拟与理论分析,深入研究水舌纵向和横向扩散、水舌挑距等,揭示其影响关键因素,取得显著成果:对于水舌纵向扩散,通过研究,建立了二、三维挑流水舌临界判别法,给出判别系数与挑坎尺寸、来流条件相关的计算式。发现挑坎出口中心水舌流速沿水深分布不均,上缘流速大于下缘,下缘流速与来流流速、水深正相关,与反弧半径、挑坎体型角负相关,提出了下缘流速半理论半经验公式。同时,发现水舌上下缘出射角与坎前流速正相关,与来流水深负相关,下缘出射角大于上缘且均小于体型角,给出了上下缘出射角半理论半经验公式。基于此,结合抛射体理论,得出水舌挑距精确算法,发现上、下缘挑距与坎前流速正相关,下缘挑距与来流水深正相关,上缘挑距与来流水深基本无关。对于水舌横向扩散,通过研究,发现水舌横向扩散受到水流惯性力与横向压力差的共同作用,水舌扩散角与来流水深、来流流速呈正相关,与来流流速、挑坎半径呈负相关,斜切挑坎出口最大扩散角位于短边边墙末端近壁区底板;对斜切挑坎横向压力分布特征进行了详细研究,发现挑坎半径与最大横向压力差之间呈负相关;而斜切角度、来流流速及来流水深则与最大横向压力差呈正相关;提出了斜切挑坎出口最大扩散角、最大横向压力差以及水舌横向运动轨迹计算方法。本项目成果全面解析挑坎出口流速分布和水舌运动特性,构建了高精度计算方法,能有效预测水舌运动轨迹。为挑流消能工设计提供理论支撑,提升设计效率与精度,降低工程风险和成本,为高效水流消能技术的创新与推广筑牢基础。
基于CRISPR/dCas9的多级协同载药系统内源精准调控细胞焦亡在逆转甲状腺未分化癌对PD-L1免疫治疗原发耐药中的作用与机制研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:30万元
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批准年份:2022
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负责人:刘超
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依托单位:
滨水植被群落生长扩张与河床演变的相互影响研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:54万元
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批准年份:2022
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负责人:刘超
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依托单位:
淹没植被与非淹没植被组合群落对河道水沙运动及冲淤变化的影响研究
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批准号:51879175
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项目类别:面上项目
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资助金额:61.0万元
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批准年份:2018
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负责人:刘超
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依托单位:
淹没植被群复杂尾流结构及其对河床演变影响的试验研究
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批准号:51609160
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2016
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负责人:刘超
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依托单位:
全断面掺气设施的水力掺气特性研究
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批准号:51009102
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2010
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负责人:刘超
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依托单位:
国内基金
海外基金