旋流泄水建筑物

內(nèi)容概要

　　本書以豎井旋流、平洞旋流和喇叭形堰旋流三種體型的泄洪洞為重點，詳細(xì)地論述了各種泄洪洞的旋流防蝕和消能的特點、工程措施及設(shè)計原理，并附有結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算實例。書中含括了我國四川沙牌、黃河公伯峽和在建的廣東清遠(yuǎn)旋流泄洪洞的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以及部分公伯峽原型觀測資料。書中還介紹了共用同一個豎井和導(dǎo)流洞作為泄洪與放空水庫的雙層進(jìn)水口結(jié)構(gòu)設(shè)計，以及高效消能、防蝕的自摻氣消力墩等。
　　本書是國內(nèi)首次結(jié)合水電工程研究各種旋流泄洪洞結(jié)構(gòu)、水力學(xué)特性和有關(guān)設(shè)計原理及應(yīng)用的書籍，供從事水利水電工程設(shè)計和科研人員參考，希望在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步創(chuàng)新和發(fā)展。

作者簡介

　　董興林，男，1930年出生于吉林省西安縣，漢族，中共黨員，教授級高級工程師（享受政府特殊津貼）。1954年畢業(yè)于大連工學(xué)院水利系，分配到北京水電科學(xué)研究院（現(xiàn)中國水利水電科學(xué)研究院）工作至今。
　　1956年前暫時留校工作。1957年回京履職后至1977年期間，負(fù)責(zé)了一些工程生產(chǎn)試驗任務(wù)和原型觀測工作：①通過閘門振動原型觀測，找出了振源并提出防振措施，解決了困擾已久的海河擋潮閘閘門振動和劉家峽泄水道閘門振動問題；②負(fù)責(zé)了調(diào)壓井試驗和研究任務(wù)（如四川映秀灣、魚子溪和錦屏水電站等）；③“75·8”大水后，北京水電科學(xué)研究院撤銷，改為水利調(diào)度所，在中央防汛辦公室水工組負(fù)責(zé)鄂、遼、吉、黑四省的病險水庫調(diào)查和處理工作。
　　改革開放后，水利水電科學(xué)研究院恢復(fù)，主要研究工作有：①進(jìn)行了一些水電站管道系統(tǒng)瞬變流計算，通過水力控制理論證明調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積可以小于托馬準(zhǔn)則，特別是糾正了“水電站尾水洞設(shè)置阻抗式調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積大”的不正確論點，為大朝山水電站尾水洞設(shè)計了阻抗式調(diào)壓室；②參加和處理天生橋調(diào)壓室事故，將原差動式調(diào)壓室全部改為阻抗式調(diào)壓室；③進(jìn)行了調(diào)水工程最優(yōu)等容量控制的理論研究和水工模型驗證工作。
　　退休后，應(yīng)中國水利水電科學(xué)研究院水力學(xué)所回聘，至今近20年。主要從事國家“八五”和“九五”科研攻關(guān)項目，較深入、系統(tǒng)地研究了豎井、平洞和喇叭形堰等旋流防蝕消能的泄水建筑物結(jié)構(gòu)體型和水力學(xué)問題。研究成果分別應(yīng)用于沙牌、公伯峽和清遠(yuǎn)等水電站的泄洪洞工程。

書籍目錄

前言
第1章 旋流豎井泄洪洞
　1.1 旋流豎井泄洪洞結(jié)構(gòu)組成和總體布置
　1.2 旋流豎井泄洪洞進(jìn)水口與渦室及其一般連接結(jié)構(gòu)
　1.3 豎井和渦室直徑的確定
　1.4 引水道與渦室連接結(jié)構(gòu)設(shè)計
　1.5 豎井與出水洞（原導(dǎo)流洞）的連接及附加消能工設(shè)計
　1.6 旋流豎井泄洪洞設(shè)計舉例
　1.7 對存在問題的討論
　
第2章 旋流豎井泄洪洞水力學(xué)特性
　2.1 泄流能力和流態(tài)
　2.2 動水壓力
　2.3 脈動動水壓力
　2.4 豎井旋流空腔特性和斷面平均流速
　2.5 旋流豎井泄洪洞水力學(xué)特性試驗舉例
　2.6 關(guān)于豎井空蝕問題的討論
　2.7 泄洪洞總消能率
　2.8 旋流喇叭形豎井泄洪洞水力學(xué)特性
　
第3章 旋流豎井泄洪洞水力計算
　3.1 旋流豎井泄流能力計算
　3.2 渦室壁面最大壓力計算
　3.3 旋流豎井合成速度解析計算理論
　3.4 豎井底板壓力
　
第4章 豎井-旋流泄洪洞
　4.1 豎井-旋流泄洪洞進(jìn)水口
　4.2 豎井直徑確定
　4.3 旋流洞尺寸確定
　4.4 起旋室與豎井連接結(jié)構(gòu)及其尺寸確定
　4.5 旋流洞與出水洞連接體型
　4.6 豎井環(huán)形摻氣坎設(shè)計
　4.7 高尾水位豎井-旋流泄洪洞
　4.8 豎井-旋流泄洪洞工程設(shè)計舉例
　4.9 豎井-旋流泄洪洞研究的遺留問題和解決辦法
　
第5章 豎井-旋流泄洪洞水力特性及簡要理論計算
　5.1 自由堰流
　5.2 淹沒堰流
　5.3 豎井-旋流泄洪洞理論計算
　
第6章 導(dǎo)流、泄洪和放空（或排沙）三結(jié)合旋流泄洪洞及各種泄洪洞的適用條件
　6.1 三結(jié)合旋流泄洪洞
　6.2 旋流泄洪洞的適用條件
　6.3 旋流式泄洪洞與傳統(tǒng)的斜井“龍?zhí)ь^”式泄洪洞適用條件比較
　6.4 其他內(nèi)消能式泄洪洞的特點及適用條件
　6.5 旋流喇叭形豎井泄洪洞與傳統(tǒng)的喇叭形豎井泄洪洞的比較
　6.6 旋流喇叭形豎井泄洪洞應(yīng)用的擴(kuò)展（堰頂設(shè)置環(huán)形閘門）
　
第7章 我國已建和在建的旋流泄洪洞及研究總結(jié)
　7.1 沙牌旋流豎井泄洪洞
　7.2 公伯峽豎井-旋流泄洪洞
　7.3 清遠(yuǎn)抽水蓄能電站旋流喇叭形豎井泄洪}同
　
第8章 國外旋流泄洪洞研究現(xiàn)狀及其修建情況
　8.1 旋流豎井泄洪洞
　8.2 豎井-旋流泄洪洞
　
第9章 旋流空化與空蝕特性及摻氣減蝕效果
　9.1 旋流空化與空蝕特性試驗研究
　9.2 旋流空化氣泡飄移的理論探討
　9.3 旋流摻氣效果
　
第10章 旋渦消能的應(yīng)用及溢流壩內(nèi)兼旋流泄水道的設(shè)計
　10.1 溢流壩旋流消能工的設(shè)計
　10.2 溢流壩消力池采用自摻氣大頭消力墩
　10.3 開敞式溢洪道旋流消能工
　10.4 溢流壩兼中孔豎井-旋流泄水道
　10.5 溢流壩兼中孑L旋流豎井泄水道設(shè)計
　10.6 傳統(tǒng)的通氣槽改為組合摻氣消力墩
附錄1 技術(shù)術(shù)語的解釋
附錄2 符號意義及公式索引
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：利用潛水起旋墩調(diào)節(jié)流量的原則是：當(dāng)試驗流量大于設(shè)計值時就增加墩的高度；反之，當(dāng)試驗流量小于設(shè)計值時就降低墩的高度。在設(shè)計起旋墩時，墩子的上半部采用不同厚度的起旋墩形的有機(jī)玻璃板臨時粘合，便于修改墩高，調(diào)節(jié)泄流量。2.8.3 旋流喇叭形豎井泄洪洞流態(tài)2.8.3.1 旋流喇叭形堰和豎井流態(tài)由于旋流喇叭形堰的堰頂一般不設(shè)置閘門，庫水位一超過堰頂就泄流。當(dāng)堰頂水頭較小時，過堰水流的旋轉(zhuǎn)力弱。為了增加旋轉(zhuǎn)力度，采用多個起旋墩按小角度布置與喇叭形堰連接。采用小角度連接布置的缺點是阻水面積偏大，影響泄流能力。若整個起旋墩高于校核洪水位，即在最高庫水位條件下，過堰水流也都受起旋墩的引導(dǎo)、從墩間流入，模型試驗的結(jié)果顯示旋流喇叭形堰的下泄流量往往不能滿足最大設(shè)計下泄流量的要求。采用潛水起旋墩很好地解決了最大泄流能力問題。但是當(dāng)庫水位超過起旋墩頂時，上層過堰水流的人流角度擴(kuò)大，是否會降低螺旋流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度？試驗觀測結(jié)果顯示人堰螺旋流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度不降反增，即在下層旋轉(zhuǎn)流的拖曳下，墩頂以上的上層水流作同步旋轉(zhuǎn)運動，由于沒有起旋墩的阻水作用，總體旋轉(zhuǎn)速度明顯加快（見第7章圖7-26（a）和圖7-27（a））。試驗結(jié)果顯示，基于上述旋流機(jī)理設(shè)計的旋流喇叭形豎井泄洪洞，在喇叭形堰和豎井內(nèi)均能形成帶有空腔（氣核）的穩(wěn)定的軸對稱螺旋流。其之所以能產(chǎn)生穩(wěn)定和軸對稱的旋轉(zhuǎn)流，是因為起旋墩的數(shù)量較多，并且墩子軸對稱地布置在喇叭堰外圍，使進(jìn)水口的流態(tài)基本上不受周圍地形和風(fēng)力的影響。在喇叭形堰下與豎井連接處附近，旋流空腔直徑最小（稱空腔咽喉）。沿豎井向下，空腔直徑逐漸擴(kuò)大，直到產(chǎn)生環(huán)狀水躍為止。豎井下部為水氣混合體形成的水墊層（見圖2.3 7和第7章圖7.2 7、圖7-28）。2.8.3.2 壓力消能工（水墊塘）流態(tài)為了防止堰頂長期在小水頭下運行時，水流沖蝕豎井底板（因泄小流量豎井無水墊層），在連接豎井的出水洞底板上，距豎井壁2D處澆注集水墩，構(gòu)成壓力消能工，可以迅速使豎井產(chǎn)生水墊。為了增加消能力度，集水墩最好采用自摻氣的組合墩（見圖1.2 4（c））。當(dāng)水流通過組合墩時，中墩的挑流同兩側(cè)的射流相互碰撞，消剎大量能量。在組合墩的上游這段洞內(nèi)形成有壓流，下游保持一段滿流后很快就恢復(fù)到平穩(wěn)的明流流態(tài)（見圖2.3 7）。為了進(jìn)一步提高消能率，可以在組合墩下游再加一道邊墩或組合墩，具體應(yīng)視出水洞的斷面面積大小而定。

編輯推薦

董興林編著的《旋流泄水建筑物》第1章和第4章分別介紹了旋流豎井和豎井-旋流兩種泄洪洞的布置、組成結(jié)構(gòu)、連接形式及渦室（起旋室）和旋流豎井、旋流洞斷面尺寸設(shè)計方法，并給出工程設(shè)計實例；第2章和第5章通過模型試驗研究成果介紹了在旋流運動條件下豎井和洞內(nèi)流態(tài)、流速、壓力、脈動壓力及旋流空腔和摻氣特性，以及旋流洞泄流能力的近似計算；第3章介紹了旋流豎井泄洪洞水力學(xué)解析和經(jīng)驗計算方法及計算例；第6章介紹了由導(dǎo)流洞改建泄洪、放空或排沙三結(jié)合泄洪洞的結(jié)構(gòu)設(shè)計；第7章介紹了已建成的沙牌、公伯峽及在建的清遠(yuǎn)旋流泄洪洞的設(shè)計體型、結(jié)構(gòu)尺寸和水力學(xué)問題，以及對研究設(shè)計經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)；第8章介紹了國外研究的旋流泄水道的渦室結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法，以及印度特里豎井-旋流泄洪洞設(shè)計體型和部分試驗研究成果，并作簡單評價；第9章通過空化試驗研究，論述了旋流空化特性，并與直線流進(jìn)行比較；第10章提出了在溢流壩下游布置旋流消力墩和在壩內(nèi)設(shè)兩種不同形式的旋流泄水道的方案，并提出將傳統(tǒng)泄洪洞的摻氣槽改成摻氣消能設(shè)施，除防止空蝕外還增加了消能率，減輕出口霧化現(xiàn)象。

圖書封面

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