消力池内悬栅消能工模型试验与数值模拟研究内容简介

悬栅消能工具有消能率较高、消波效果好、环境影响小等特点，借鉴前期陡坡急流弯道悬栅消能研究，作者针对水库兼顾排沙导流洞或大单宽流量溢洪道出口消力池消能难题，提出在消力池内设置悬栅消能工并成功实施。《消力池内悬栅消能工模型试验与数值模拟研究/土木工程前沿学术研究著作丛书》以底流消力池内设置的悬栅消能工为研究对象，采用PIV流速测量技术和FLUENT流体模拟技术，通过理论分析、模型试验和数值模拟方法并结合原型工程观测，运用均匀正交设计和PPR投影寻踪回归方法，重点研究了消力池内加设悬栅后的水力特性、水流能量耗散衰减规律以及高消能效果时悬栅布置方法，阐明了悬栅在底流消力池内部的消能机理，揭示了悬栅不同位置、体型、数量等参数对消能率和消波特性的影响规律，建立了消力池内悬栅 优布置方案，为类似底流消力池工程设计提供理论依据。

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 基本消能方式概述

1．3 辅助消能工研究现状

1．4 悬栅消能工的提出及研究进展

2 水库导流洞消力池试验研究及数值模拟

2．1 导流洞消力池内悬栅模型试验

2．2 导流洞悬栅消力池数值模拟

2．3 导流洞悬栅消力池计算成果分析

2．4 本章小结

3 消力池内悬栅消能工水力特性

3．1 流态

3．2 池内最大水深和消能率

3．3 水面线

3．4 流速

3．5 压强

3．6 本章小结

4 悬栅消能工PIV测试与消能机理分析

4．1 PIV原理概述

4．2 PIV技术在悬栅消能工中的应用

4．3 对比分析优化试验悬栅消能工

4．4 悬栅消能机理分析

4．5 本章小结

5 消力池内单层悬栅消能效果研究

5．1 试验设计方法

5．2 投影寻踪回归研究方法

5．3 悬栅布置形式的研究方法

5．4 悬栅体型比选及布置参数对消能效果的影响研究

5．5 矩形悬栅布置相对值参数对消能效果的影响研究

5．6 本章小结

6 消力池内双层悬栅消能效果研究

6．1 消力池内布置单、双层悬栅消能效果对比

6．2 消力池内双层悬栅不同布置形式消能效果研究

6．3 悬栅消力池内水流冲刷过程中双层悬栅稳定性研究

6．4 本章小结

7 悬栅消能工应用

7．1 五一水库溢洪洞悬栅消能工应用

7．2 小石峡导流兼泄洪洞悬栅消能工应用

7．3 奎屯泄水陡坡悬栅消能工应用

7．4 本章小结

8 结论与展望

8．1 结论

8．2 展望

参考文献 2100433B

（1）通过水跃消除多余动能的水跃消能工，又称底流消能工。

（2）利用泄水建筑物出口的挑流鼻坎将下泄急流抛向空中，然后落入下游河床水垫中来消除多余动能的挑流消能工。

（3）利用泄水建筑物出口的鼻坎将下泄急流的主流挑至水面，通过主流在表面扩散及底部旋滚和表面旋滚来消除多余动能的面流消能工。

（4）为提高消能效率，用于较低流速情况下的辅助消能工以及超空穴消能工、压力消能工、自由跌落式消能工等。

消能工的选型与建筑物的形式、枢纽布置、上下游水位、地形 、地质、运用要求等因素有关，对大中型和重要工程，还要进行水力模型试验。为了保证建筑物及枢纽正常运行，要求做到消能工本身不受空蚀（物体受到气体空泡流冲击后表面出现的变形和材料剥蚀现象）、磨蚀等损伤，下游岸坡稳定 ，河床不出现危害性冲刷。

消能工的功能常通过以下方面的综合作用而实现：（1）水流内部的紊动扩散和摩擦；（2）水流与边壁的摩擦与碰撞；（3）水流在空气中的扩散以及与空气的强烈掺混等。

消能工的实质是促进水流的动能最终转变为热量而耗损，或使水流的动能分散以减弱对建筑物及河渠的破坏作用 。