【摘 要】
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为推动美丽河湖生态建设,提升涉水建筑物的亲水性,保持河湖的原生态美,在美丽河湖建设行动的推动下,浙江省多项河道整治工程将现有溢流坡面进行改造,已建成各种形式新颖的艺术堰坝。本文所研究的鱼鳞堰造型优美,结构新颖,既能够满足正常防洪排涝、农田灌溉等功能,又能够融入河湖生态中,为美丽河湖增添一道靓丽的风景。由于国内外对鱼鳞堰消能特性的研究非常少,有关鱼鳞堰的几何参数、参数与消能效果的关系、过流时的流态与
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为推动美丽河湖生态建设,提升涉水建筑物的亲水性,保持河湖的原生态美,在美丽河湖建设行动的推动下,浙江省多项河道整治工程将现有溢流坡面进行改造,已建成各种形式新颖的艺术堰坝。本文所研究的鱼鳞堰造型优美,结构新颖,既能够满足正常防洪排涝、农田灌溉等功能,又能够融入河湖生态中,为美丽河湖增添一道靓丽的风景。由于国内外对鱼鳞堰消能特性的研究非常少,有关鱼鳞堰的几何参数、参数与消能效果的关系、过流时的流态与流场分布特征等消能特性还未系统地进行研究,目前尚未有成熟的理论来支撑实际工程中堰坝设计并推广,因此需要对鱼鳞堰的消能特性进行深入研究。本文围绕鱼鳞堰所涉及的消能特性问题,采用理论分析与物理实验、数值模拟的分析方法开展研究。首先通过理论分析对国内外阶梯式堰坝的消能率η进行研究,了解消能率η的计算方法与公式,并分析鱼鳞堰消能率η可能的影响因素;其次通过物理实验对鱼鳞堰的流态特征进行观察,总结堰上掺气起始点的变化规律、并对水面线特征、流速等消能特性进行研究,分析消能率与堰上水头存在的关系;对鱼鳞堰进行数值模拟研究,运用FLOW-3D软件对堰坝的一些消能特性进行分析,阐述θ值对掺气效果的影响,总结θ值与h值对流速压强的作用,得出θ值、h值与鱼鳞堰消能效果之间的关系,并对比试验结果与模拟计算值的相关数据,验证模型建立的可靠性与合理性;最后根据本文所做工作总结存在的不足之处并给出展望。基于文中对鱼鳞堰的消能特性分析得出以下结论:（1）随着堰上水头h增大,水流表面的平滑流区域逐级扩大,直至整个堰上水流表面形成平滑曲线。（2）通过物理实验与数值模拟对鱼鳞堰的掺气进行研究,在θ=135°～180°范围内θ值越大时鱼鳞堰台阶上掺气效果越明显;鱼鳞堰台阶上的掺气起始点随着堰上水头h值增加而逐渐沿台阶下移,掺气效果与堰上水头h呈反比。（3）随着堰上水头h的变化,台阶凹角处出现顺时针漩涡,漩涡本身与上部主体水流存在摩檫力,继而持续不断消耗上部主体水流的总动能,漩涡的存在是鱼鳞堰消能的主要原因之一。（4）堰上水头h增大,鱼鳞堰断面的沿程平均流速随之增大;圆弧角度θ值增大,鱼鳞堰断面的沿程平均流速较小。（5）基于数值分析结果,得出该鱼鳞堰的圆弧角度θ值与堰上水头h值对消能率的影响,并对实际工程中鱼鳞堰的建设提供技术支撑与理论依据,鱼鳞堰圆弧尺寸θ值宜选取180°,此时的堰坝消能效果最佳,并且低水头下的消能效果优于高水头下的消能效果。图[58]表[21]参[80]
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