【摘 要】
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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
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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。
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