河工模型碎石加糙阻力试验研究

论文摘要

河工模型是研究水利工程,解决实际工程问题的重要手段,而模型加糙则是满足模型阻力相似的主要方法。目前河工模型密排加糙大多采用卵石颗粒,而今发现市面上有多种颗粒大小的碎石销售,获取更方便;同时碎石棱角分明,更有助于需要较大阻力的变态模型加糙,河工模型可广泛应用。碎石糙率及其加糙方式目前还未进行详细研究,本文采用理论分析、数值计算和水槽试验相结合的方法,研究了类均匀密排碎石、浆粒混合体糙率及其阻力系数等,可为河工模型试验提供参考。论文的工作内容及研究成果主要有:(1)指出市面常见碎石平均等容粒径的统计样本重量为1~10kg。收集了市场上常见的“石粉”、“01”、“12”、“13”等四种碎石,根据其平均等容粒径随样本重量的变化规律统计分析,指出样本重量为1~10kg。(2)通过二维水流数值模拟,根据水槽均匀流范围指导水槽试验设计。基于规范已知的纯水泥面的糙率,对二维水流数学模型进行了验证计算,给出了适合研究水槽糙率的基本参数。通过数模计算得到水槽均匀流范围,以此指导水槽试验,试验范围取距离水槽进口3m~13m,水槽全长20m即满足均匀流要求。(3)指出断面综合阻力水力半径分割法更适合于推算水槽底壁糙率。根据4种阻力分割公式计算类均匀散体碎石密排加糙糙率,对各分割公式的计算精度和适用性进行比较,认为断面综合阻力水力半径分割法更适合于推算水槽底壁糙率。(4)建立了类均匀散体碎石密排加糙的糙率计算公式。通过类均匀散体碎石在水槽底壁的密排加糙试验,采用4种阻力分割公式计算出底壁糙率,用数值拟合方法对试验数据进行拟合,建立了类均匀散体碎石密排加糙的糙率计算公式。(5)研究了浆粒比对浆粒混合体糙率的影响规律。通过浆粒混合体在水槽底壁的加糙试验,采用水力半径分割公式推算出浆粒混合体加糙的糙率,分析研究了浆粒混合体糙率与浆粒比、粒径的关系。(6)探究了碎石阻力系数f、粗糙度Ks等阻力参数的变化特性。本文计算了类均匀散体碎石密排的达西阻力系数f以及粗糙度Ks,探究了达西阻力系数f和粗糙度Ks随流量Q、碎石粒径d、底壁糙率n_b的关系,得出相应规律。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 研究现状
•     1.2.1 河工模型的糙率
•     1.2.2 河工模型的加糙方式
•     1.2.3 河工模型的加糙材料
•   1.3 研究主要工作、技术路线
•     1.3.1 主要研究内容
•     1.3.2 论文的技术路线
• 第二章 数学模型建立与验证及均匀流范围
•   2.1 水流数学模型的建立
•     2.1.1 控制方程
•     2.1.2 紊流模型
•   2.2 模型的建立
•     2.2.1 模型初始条件及边界条件
•     2.2.2 网格设置
•   2.3 模型的验证
•   2.4 均匀流范围的选择
•     2.4.1 n最小时
•     2.4.2 n最大时
•   2.5 本章小结
• 第三章 物理模型试验方案设计
•   3.1 试验设备
•   3.2 试验仪器
•     3.2.1 测针
•     3.2.2 天平
•     3.2.3 量筒
•   3.3 试验参数
•     3.3.1 流量的选择
•     3.3.2 水尺点的布置
•     3.3.3 尾水位的确定
•     3.3.4 测针常数的确定
•   3.4 试验工况
•   3.5 主要试验步骤
•     3.5.1 颗粒特征统计试验
•     3.5.2 加糙床面
•     3.5.3 数据测量
•   3.6 本章小结
• 第四章 碎石颗粒特征统计分析及糙率试验研究
•   4.1 颗粒特征统计分析
•   4.2 糙率基本计算公式及原理
•   4.3 纯水泥面糙率
•   4.4 散粒石子糙率n与等容粒径d的关系
•     4.4.1 水力半径分割法
•     4.4.2 能坡分割法
•     4.4.3 加权平均法
•     4.4.4 洛特尔分割法
•   4.5 糙率计算方法推荐
•     4.5.1 公式比较
•     4.5.2 糙率与流量变化比较
•     4.5.3 计算精度比较
•   4.6 碎石与卵石糙率比较
•   4.7 本章小结
• 第五章 浆粒混合体糙率试验研究
•   5.1 研究方法
•   5.2 浆粒混合体糙率与浆粒比的关系
•     5.2.1 研究工况
•     5.2.2 浆粒比对浆粒混合体糙率的影响
•   5.3 浆粒混合体糙率与石子粒径的关系
•     5.3.1 研究工况
•     5.3.2 粒径对浆粒混合体糙率的影响
•   5.4 综合公式的推导
•   5.5 本章小结
• 第六章 其他阻力参数分析
•   6.1 计算方法
•   6.2 达西阻力系数f
•     6.2.1 f与 Q的关系
• b的关系'>    6.2.2 f与 n_b的关系
•     6.2.3 f与 d的关系
•   6.3 粗糙度Ks
•     6.3.1 Ks与 Q的关系
• b的关系'>    6.3.2 Ks与 n_b的关系
•     6.3.3 Ks与 d的关系
•   6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
•   7.1 研究结论
•   7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在校期间发表的论著及参与的科研项目
•   一、在校期间发表的论文
•   二、在校期间参与的科研项目

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 牟小玉

导师: 许光祥

关键词: 河工模型,碎石,糙率,试验研究,数值模拟

来源: 重庆交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地球物理学,水利水电工程

单位: 重庆交通大学

分类号: TV131.61

DOI: 10.27671/d.cnki.gcjtc.2019.000076

总页数: 81

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