一种优化渡槽扩散段水力流态的方法技术

本发明专利技术公开一种优化渡槽扩散段水力流态的方法，该方法包括以下步骤：(1)在渡槽扩散段内设置孔型弯底坎对入水口水流进行整流，使水流得到初步扩散；(2)在所述渡槽扩散段内设置齿形横梁对所述步骤(1)初步扩散后的水流再次调整以均化其立面上的水流流速分布；(3)在所述渡槽扩散段内设置孔型直底坎进一步对所述步骤(2)流速分布均化后的水流进行调整改善水流的平面流速分布，实现所述渡槽扩散段出水流态的优化改善。本发明专利技术提供的优化渡槽扩散段出水流态的方法，将流经扩散段的水流进行整流、流速均化，以减少水流经过时产生偏流、旋涡等不良流态，并将通过扩散段后的水流流速均化，减少渡槽底部局部淤积，确保渡槽的正常运行。

A Method for Optimizing the Hydraulic Flow Patterns of Aqueduct Diffusion Section

The invention discloses a method for optimizing the hydraulic flow pattern in the diffusion section of an aqueduct. The method comprises the following steps: (1) setting a curved bottom sill in the diffusion section of an aqueduct to rectify the flow at the intake so that the flow can be initially diffused; (2) setting a toothed cross beam in the diffusion section of the aqueduct to adjust the flow after the initial diffusion again to homogenize the flow velocity distribution on the vertical surface of the aqueduct. (3) In the aqueduct diffusion section, a straight bottom sill is arranged to further adjust the flow after the flow velocity distribution is homogenized to improve the plane velocity distribution of the flow, so as to realize the optimization and improvement of the outflow pattern of the aqueduct diffusion section. The method of optimizing the outflow pattern of the diffusion section of the aqueduct provided by the invention rectifies and equalizes the flow velocity of the water flowing through the diffusion section to reduce the adverse flow patterns such as deviation and vortices when the water flowing through the diffusion section, and equalizes the flow velocity after the diffusion section, reduces the local siltation at the bottom of the aqueduct and ensures the normal operation of the aqueduct.

【技术实现步骤摘要】
一种优化渡槽扩散段水力流态的方法
本专利技术属于水利工程渡槽
，具体涉及一种优化渡槽扩散段出水流态的方法。
技术介绍
渡槽亦称为高架水渠，是跨越道路、河流、山谷等地的架空输水建筑物，在农田水利灌溉设施系统中发挥着重要作用，还可实现排洪、排沙、通航以及导流等功能。但是，在渡槽的设计建设过程中，因受规划、衔接建筑物等客观因素影响，有时需要采用平面扩散形式的结构体型，容易导致水流经过时产生偏流、旋涡等不良流态，致使通过扩散段后的水流流速分布不均，极易造成水流水力损失增大，甚至引起渡槽底部局部淤积而影响其正常运行，进而将给渡槽的日常护理和检修工作带来不利影响。中国专利申请号CN201710101251.2，改善弧形排水箱涵出水流态的整流装置，该专利技术公开了一种改善弧形排水箱涵出水流态的整流装置，属于市政排水
该整流装置设置于弧形排水箱涵内，弧形排水箱涵进、出口段为直线段，中间段为圆弧段；在弧形排水箱涵的末端布置有导流墩，在导流墩上贯穿有第一横梁，第一横梁的两端与箱涵两侧壁面垂直相交，在弧形排水箱涵的出口直线段末端设有第二横梁。该专利技术仅解决了弧形排水箱涵出流所存在的偏流问题，对于出水流态，如水流的流速并未实现优化。中国专利申请号CN201610712975.6，一种输水系统组合式出水口结构及其施工方法，该专利技术的输水系统具有两个顺水流方向布置的混凝土导航墙，所述混凝土导航墙包括导航墙底板和梯形空腔导航墙，所述导航墙底板内设有输水廊道，垂直于水流方向设置与输水廊道连通的格栅消能出水箱体，所述格栅消能出水箱体的顶部开设两组等距的格栅式出水口，一组格栅式出水口设在两个混凝土导航墙的中间，另一组格栅式出水口设在河床侧；近河床侧的梯形空腔导航墙的立墙上开有城门洞形出水孔并设置立柱式分流墩。该专利技术解决高水头船闸输水系统出水口位置布局、型式选择、空间利用、出水流态、停泊条件等技术问题，对于水流流动过程中的偏流、旋涡等不良流态的解决并不显著。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种优化渡槽扩散段出水流态的方法，对渡槽内水流的流态进行全面优化，首先将流经扩散段的水流进行整流、流速均化，以减少水流经过时产生偏流、旋涡等不良流态，随后将通过扩散段后的水流流速均化，减少渡槽底部局部淤积，确保渡槽的正常运行。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种优化渡槽扩散段水力流态的方法，该方法包括以下步骤：(1)在渡槽扩散段内设置孔型弯底坎对入水口水流进行整流，使水流得到初步扩散；(2)在所述渡槽扩散段内设置齿形横梁对所述步骤(1)初步扩散后的水流再次调整以均化其立面上的水流流速分布；(3)在所述渡槽扩散段内设置孔型直底坎进一步对所述步骤(2)流速分布均化后的水流进行调整改善水流的平面流速分布，实现所述渡槽扩散段出水流态的优化改善。在所述渡槽扩散段内设置所述孔型弯底坎、齿形横梁以及孔型直底坎以构成组合整流方案，逐步对水流的流速、流向进行调整，避免水流产生偏流、旋涡等不良流态，使得流出所述渡槽扩散段的水流流速分布均匀，从而减少水力损失，保证渡槽的正常运行。所述孔型弯底坎、齿形横梁以及孔型直底坎为钢筋混凝土结构，可在渡槽工程建设或改造现场进行浇筑成型，保障组合整流方案能够满足渡槽设计施工使用要求。优选地，所述渡槽扩散段沿水流方向为扩散型、与水流方向垂直的截面为矩形，其中所述渡槽扩散段的入水口与上游窄渡槽相连，所述渡槽扩散段的出水口与下游宽渡槽相连，所述渡槽扩散段、窄渡槽、宽渡槽构成渡槽。更优选地，所述渡槽扩散段的长度为W、扩散角为β，设计水深为H，入水口宽度为B；所述孔型弯底坎包括沿渡槽中心线对称布置的两个第一底坎，所述孔型弯底坎的宽度B1＝(0.05～0.15)B、高度H1＝(0.15～0.3)H，所述孔型弯底坎的中心点O距离所述入水口的间距W1＝(0.15～0.25)W；所述孔型弯底坎的两端与所述渡槽扩散段的侧壁垂直，所述第一底坎上设有沿所述第一底坎的中心线对称布置的第一矩形孔。两个所述第一底坎沿渡槽中心线呈对称布置以起到较好的改善效果，申请人经若干试验和数值模拟研究获得所述孔型弯底坎整流作用效果良好的取值范围，所述孔型弯底坎的宽度B1太小难以保证其结构强度、宽度B1太大会增加制作成本且其整流效果改善不显著；所述孔型弯底坎高度H1太小则其挑流效果不明显、高度H1太大会造成水流过流截面积减小且引起大尺度回流而加剧水力损失；所述孔型弯底坎两端分别与所述渡槽扩散段的侧壁垂直，可在保证结构尺寸尽可能小的情况下还能保持较好的整流效果；所述孔型弯底坎中心点O距离所述入水口的间距W1＝(0.15～0.25)W，距离太近会引起渡槽进流水力损失较大、距离过远则整流效果变差。进一步优选地，所述第一矩形孔的截面长度L1＝(0.2～0.3)B、高度H2＝(0.6～0.7)H1，所述第一底坎上相邻的两个所述第一矩形孔之间的距离L2＝(0.3～0.4)B。两个所述第一矩形孔之间的距离L2为两个所述第一矩形孔的中心线之间的距离；所述第一矩形孔的截面长度L1太大会削弱其立面上的整流效果、太小会造成水流通流不畅；所述矩形孔的高度H2太大不仅影响其结构强度，还会影响其整流效果，高度H2太小会造成通流不畅；所述第一底坎上相邻的两个所述第一矩形孔之间的距离L2太大或太小都不利于其整流效果的均匀性。更优选地，所述齿形横梁垂直于所述渡槽中心线且所述齿形横梁的两端与所述渡槽扩散段的侧壁相接；所述齿形横梁的宽度B2＝(0.2～0.3)B、截面高度H4＝(0.1～0.2)H，所述齿形横梁距所述渡槽扩散段的底面的高度H3＝(0.2～0.3)H，所述齿形横梁的中心点P距离所述入水口的间距W2＝(0.4～0.5)W；所述齿形横梁的上、下表面沿所述渡槽中心线对称布置2N1个矩形凸起短梁，N1＝2T1且T1＝2～4。所述齿形横梁距所述渡槽扩散段的底面的高度H3为所述齿形横梁的中心线距离所述渡槽扩散段的底面的高度；所述齿形横梁垂直于所述渡槽中心线且所述齿形横梁的两端与所述渡槽扩散段的侧壁相接，以保证整个过流截面上的水流受到扩散整流作用；所述齿形横梁的宽度B2太小难以保证其结构强度，宽度B2太大会增加制作成本且对整流效果改善不明显；所述齿形横梁距所述渡槽扩散段的底面的高度H3过低或过高均不利于水流流态的调整；所述齿形横梁的截面高度H4太小对整流效果不明显，高度H4太大会减小过流截面而增加额外的水力损失；所述齿形横梁的中心点P距离所述入水口的间距W2距离太近则会对所述孔型弯底坎挑流的整流作用效果不明显、距离太远会对渡槽出水流态优化作用不充分；所述齿形横梁的上、下表面沿所述渡槽中心线对称布置矩形凸起短梁，以增强对水流均化的作用效果，设置2N1个矩形凸起短梁，N1＝2T1且T1＝2～4，即所述凸起短梁数量太少其整流效果不显著、数量太多则会额外增加过多的水力损失。进一步优选地，所述渡槽中心线与其相邻的所述凸起短梁之间的间距L3＝K1[W2tan(β/2)+B]且K1＝(0.1～0.15)；所述凸起短梁的高度H5＝(0.05～0.1)H、长度L4＝K2[W2tan(β/2)+B]且K2＝(0.06～0.1)，相邻两所述凸起短梁之间的间距L5＝2L4。所述渡槽中心线与其相邻的所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种优化渡槽扩散段水力流态的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)在渡槽扩散段内设置孔型弯底坎对入水口水流进行整流，使水流得到初步扩散；(2)在所述渡槽扩散段内设置齿形横梁对所述步骤(1)初步扩散后的水流再次调整以均化其立面上的水流流速分布；(3)在所述渡槽扩散段内设置孔型直底坎进一步对所述步骤(2)流速分布均化后的水流进行调整改善水流的平面流速分布，实现所述渡槽扩散段出水流态的优化改善。

【技术特征摘要】
1.一种优化渡槽扩散段水力流态的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)在渡槽扩散段内设置孔型弯底坎对入水口水流进行整流，使水流得到初步扩散；(2)在所述渡槽扩散段内设置齿形横梁对所述步骤(1)初步扩散后的水流再次调整以均化其立面上的水流流速分布；(3)在所述渡槽扩散段内设置孔型直底坎进一步对所述步骤(2)流速分布均化后的水流进行调整改善水流的平面流速分布，实现所述渡槽扩散段出水流态的优化改善。2.根据权利要求1所述的一种优化渡槽扩散段水力流态的方法，其特征在于，所述渡槽扩散段沿水流方向为扩散型、与水流方向垂直的截面为矩形，其中所述渡槽扩散段的入水口与上游窄渡槽相连，所述渡槽扩散段的出水口与下游宽渡槽相连，所述渡槽扩散段、窄渡槽、宽渡槽构成渡槽。3.根据权利要求2所述的一种优化渡槽扩散段水力流态的方法，其特征在于，所述渡槽扩散段的长度为W、扩散角为β，设计水深为H，入水口宽度为B；所述孔型弯底坎包括沿渡槽中心线对称布置的两个第一底坎，所述孔型弯底坎的宽度B1＝(0.05～0.15)B、高度H1＝(0.15～0.3)H，所述孔型弯底坎的中心点O距离所述入水口的间距W1＝(0.15～0.25)W；所述孔型弯底坎的两端与所述渡槽扩散段的侧壁垂直，所述第一底坎上设有沿所述第一底坎的中心线对称布置的第一矩形孔。4.根据权利要求3所述的一种优化渡槽扩散段水力流态的方法，其特征在于，所述第一矩形孔的截面长度L1＝(0.2～0.3)B、高度H2＝(0.6～0.7)H1，所述第一底坎上相邻的两个所述第一矩形孔之间的距离L2＝(0.3～0.4)B。5.根据权利要求3所述的一种优化渡槽扩散段水力流态的方法，其特征在于，所述齿形横梁垂直于所述渡槽中心线且所述齿形横梁的两端与所述渡槽扩散段...

【专利技术属性】
技术研发人员：张睿，徐辉，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32