发布时间 : 星期六 文章泄水建筑物高速水流设计复习题及答案更新完毕开始阅读e55eba9e80eb6294dd886c9f
在边界层的形成与发展中均起着重要作用 6、挑流鼻坎按照设置高程可以分为哪几种？
答：按设置高程分，有设于坝顶附近的高鼻坎、坝身中部的中鼻坎、接近尾水位的低鼻坎以及尾水位下的淹没鼻坎。
7、底流消能水跃可划分为哪几种基本形式？ 答：①弱水跃②颤动水跃③稳定水跃④强水跃
9、底流消能辅助消能工有哪些形式？每种形式有什么作用？
答：a、趾墩。设置于消力池斜坡段末端或趾部，是纵剖面为三角形的齿墩，其主要作用是使进入消力池的急流在垂向上扩散，并在横向上分散为多股，从而使弗劳德数有所下降，跃后水深有所减小。 b、前墩。前墩设置于水跃前部，其辅助消能作用大，在促使强迫水跃形成及缩短消力池长度方面的作用也比较明显。在工程实际中，前墩的应用一般限于中、低水头的中、小型工程，其原因主要在于受高速水流的空蚀破坏以及所携带沙石的撞击及磨损破坏等的限制。防止消力墩发生空蚀破坏的途径主要有：一是限制冲击前墩的水流流速，其值一般不大于15m/s；二是改进前墩的体型，包括对前墩的棱线进行圆化甚至将其做成流线型，齿墩前窄后宽使槽内水流收敛等，其目的在于降低前墩的初生空化数，并使其值不大于来流的水流空化数，该方法在水流流速达20～30m／s时一般成效不显著，此外，流线型前墩的辅助消能作用也较小；三是通气，对前墩出现严重负压或空化现象较显著的部位开设通气孔，从而避免空化现象的出现及空蚀破坏的发生；四是超空化消力墩，选用前宽后窄的齿坎，有时也可同时利用通气，使空化充分发育，并使馈灭空泡远离固体边界，使消力池的设施不因空蚀作用而破坏。c、后墩。后墩设置于水跃区后部。由于其位置偏后，因此冲向后墩的流速较低，其辅助消能效果也不是很显著，一般用于改善水跃流态。后墩的高度需与跃后水深成一定比例，在尾水较深时存在墩高过大的问题。d、尾槛。尾槛设置于消力池末端，具有辅助消能作用，还可控制出池水流的底部流速。此外，槛后还可形成小的底部横向环流，防止在尾槛下游出现较深的贴壁冲刷。尾槛可分为连续式与齿式两大类。 10、跌坎面流和戽斗面流的共同点是什么？
答：两者的共同点在于：来流离开跌坎或戽斗后，高速水股在下游水面；底部有顺时针横轴漩滚；表面可能有1～2个逆时针横轴漩滚(取决于下游水深条件)，也可能没有表面漩滚(下游水深不太大时，出现跌坎自由面流)；曲率显著的主流水股夹在底、表漩滚之间紊动扩散，尾部缓流水面的波浪较大，并延续较长距离；主流水股与漩滚间的紊动剪切面以及漩滚本身是消散动能的主要部位。
11、跌坎面流和戽斗面流消能的主要区别是什么？
答:主要区别在于：跌坎位置较高，坎顶水平或只有小挑角，主流水股的曲率较小，横轴漩滚的强度较小，跌坎附近集中消能有限，下游波浪延伸较远；戽斗位置低而挑角大(常用45。)，有较大的斗内空间，出戽斗的高速水股形成明显涌浪，水股和涌浪的曲率都较大，表面横轴漩滚(特别是戽斗内漩滚)强度较大，消能率较高，下游也有波浪问题，但不如跌坎面流突出。 12、台阶式溢洪道和多级跃水流动的区别是什么？
答：区别：跌水的水舌下缘与大气相通并具有自由面，而台阶式溢洪道底部的水流运动则由众多漩涡所构成。
13、自由跌落消能的适用条件是什么？
答：它只适用于坚硬岩基，旦坝虽较高但单宽泄流量较小的情况，而且坝脚附近往往还要设钢筋混凝土护坦防冲，必要时还要保护两侧岸坡。 14.宽尾墩出流具有哪些特点？
答：(1)坝面水流三面接触空气，并有水翅、空腔等流态，水流与空气的接触面积大大增加，而且两个侧面的水流都是紊流，因而水流的掺气量亦随之增加，有利于坝面的防蚀。墩后大
面积的无水区更可降低对施工平整度的要求。(2)水冠是由相邻水股碰撞、顶托形成，而水股又在不断摆动，所以对水冠的扰动较大，使其掺气量更加增大。即使在模型中挑流水冠亦呈气、水混合的乳白色状态，可以推测在原型中其掺气量将更大。(3)由于坝面水流掺气和水股互相碰撞等因素将使水流动能损失增加。同时由于挑射水流高、低相间，挑流水舌呈高 而薄的雄鸡尾状，落点分散，空中消能率和水垫消能率都大幅度提高。 15、宽尾墩出流消能原理是什么？
答：宽尾墩是指墩尾加宽成尾冀状的闸墩，它是我国首创的墩型。宽尾墩本身不独立工作，但一系列宽尾墩作为溢流坝闸墩而与底流或挑流或戽流消能工组成联合消能工运行后就会产生极佳的水力特性和消能效果。水流通过相邻宽尾墩分隔而成的闸室时，由于过水宽度沿程收缩，墩壁转折对急流的干扰交汇，形成冲击波和水翅，坝面水深增加2～3倍，有如一道窄而高的“水墙”，其与空气的接触面积增加，掺气量也相应增大。水流跌入反弧段时，由于弧面影响，横向扩散加强，并与邻孔水流相互碰撞顶托而向上壅起，形成很高的水冠挑射出去。 四、计算题 1、对于直墙式宽尾墩，已知墩头和墩尾的宽度分别为0.5m和1.5m，宽尾墩进流宽度为3m，始折点距宽尾墩末端的纵向长度为2m，求宽尾墩的收缩比和尾端折角。 第五章 一、填空题 1、空化可以分为游移空化，固定空化， 漩涡空化，振荡空化四种。 2、水体中所含的气核可分为表面气核与流动气核两种。 3、水流空化数越大，形成空化的可能性小；水流空化数越小，形成空化的可能性大。 4、空化与空蚀的物理模拟考虑的动力相似条件有模型与原型的弗劳德数相等及水流初生空化数相等。 5、水流含气浓度越大，空蚀发生的可能性大。 二、名词解释 空化：液体在温度基本不变的条件下由压力下降形成汽相的过程称为空化。 空蚀：当空泡的溃灭出现在紧靠边壁或距边壁某一距离范围内，固体边壁将受到持续不断地冲击作用，造成材料的断裂或疲劳破坏而发生剥蚀，这种现象叫空蚀。 气核：水体中所含的小气泡称为气核。 初生空化数：水流空化数越小，形成空化的可能性越大，当K小到某一临界值，水流中刚刚开始形成空化，此时的K值称为初生空化数 三、问答题 1、泄洪洞发生空蚀破坏具有哪些特点？ 答：(1)水头高。从94～155m之间；(2)流速大。从38～49m／s之间；(3)发生空蚀时的实际泄流量大多没有达到设计流量；(4)水流空化数（气穴数）很低，均小于0.15；(5)破坏范围大，破坏区长度在27～50 m之间，深度2～14m之间。 2、空化现象所造成的影响主要有哪些？
答：(1)造成建筑物表面的空蚀破坏。(2)改变液体的动力学特性。(3)引起结构物振动。(4)产生噪声。
3、造成空蚀破坏的机理是什么？
答：1、冲击波。认为空蚀是由空泡溃灭时所形成的冲击波将其所产生的巨大压强作用到边壁，对边壁造成强烈破坏而形成的。2、微射流。1944年Kornfeld等首次提出微射流冲击引
起空蚀的设想，认为空泡在压强梯度作用下在边壁附近溃灭时，空泡形状将由原来的球形变为扁平形或元宝形，最后分裂成两个小气泡而消失，在两个小气泡中间则形成微射流。 4、形成空蚀水流条件是什么？ 答：一是水流中需含有气核；二是要有局部低压区；三是气核增长形成的空泡要带到高压区；四是气泡破裂应在边壁附近发生。 5、低压区形成的原因有哪些？
答：1、边界突变，在固定空腔内形成；2、由于大雷诺数情况下产生发卡涡，涡面小，在涡丝中心处压力低，形成局部低压区。 6、泄水建筑物发生空蚀破坏的原因？
答：1、体型不合理2、混凝土表面不平整。 7、泄水建筑物易受空蚀破坏的部位有哪些？ 答：：溢流坝面；泄洪洞；门槽；消能设旋；溢流坝挑流鼻坎。 8、水流空化数的表达式及其中各参数的意义。
答：以P0与PV分别表示来流压强与水的汽化压强，u0表示水流流速，参照欧拉数的定义构成以下的无量纲数K K=（Po-Pv）/0.5ρuo2，无量纲数K称为水流空化数，其为表示来流是否容易空化的参数越小，形成空化的可能性越大。 9、如何判断某一形状的固体边界是否会发生空化。 答：水流流经某一形状的固体边界是否会发生空化，要通过比较水流空化数K及初生空化数Ki才能加以确定。如K ＞ Ki ，水流无空化；如K ＝ Ki则刚刚发生空化；但如K ＜ Ki，则己发生空化．且(Ki -K)值愈大，水流中空化的强度与范围愈大。
10、减免泄水建筑物空蚀破坏的方法有哪些？
答：(1)选用合理的过流边壁体型；(2)改进施工工艺，提高过流边壁的平整度；(3)选用抗蚀性能较强的材料；(4)掺气减蚀。 11、简述主要的几种掺气减蚀机理。
答：如下几种机理：1、存在不凝结的气体，延缓了空泡溃灭的时间，减少空泡溃灭时的冲击力；2、破坏负压，使绝对压强大于水流的汽化压强，同时由于水流密度及流速分布的变化使水流空化数提高，避免空蚀发生；3、近壁的水体掺气以后，使溃灭空泡远离固壁并改变微射流方向，因而使壁面不再承受由空泡溃灭微射流转化的最大溃灭压强，同时因溃灭空泡移离壁面，也削减了作用在壁面上的最大辐射压强，从而减轻了空泡溃灭的破坏作用。 12、按体型分，掺气设施分为哪几种？
答：(1)掺气槽(2)掺气挑坎(3)掺气跌坎(4)混合式掺气坎
第六章
一、填空题
1、雾化水流研究方法分为数值计算、物理模型试验及原型观测三种。
2、挑流雾化水流分为三个区域水舌区、强暴雨区和雾流扩散区，其中强暴雨区域雾化影响最严重。
3、挑流消能雾化水流的模型试验要满足重力相似和反映水流表面张力的韦伯数We相似。 4、雾化水流是复杂的两相流，两相分别是空气和边界。 二、名词解释
泄洪雾化：水利枢纽高速泄流时，由于水流与空气或边界的相互作用而形成的雾化水流，受
泄水建筑物布置、泄流条件、气象条件及下游地形条件等的综合影响，在水利枢纽附近一定范围内所形成的一种密集雨雾现象。
三、问答题
1、简述挑流消能雾化水流发生的机理？
答：1、强暴雨区流动机理2、雾流扩散区流动机理
2、说明挑流消能雾化水流的模型试验主要测量哪些参数及参数的测量方法？
答：σ为表面张力系数，V为特征速度，R为特征长度，取水舌纵向轨迹的曲率半径。测量方法：雨量测量：在降雨强度大约区域用雨量筒法，降雨强度小的区域用斑痕法，即用雨滴谱滤纸测定雨滴斑痕直径。然后按气象部门的率定标准换算成空中的雨滴直径。风速：用风速仪测量；水滴抛射角：用滴谱斑点图反算确定。 3、挑流消能雾化水流的形成主要和哪些因素有关？ 答：与消失受水利条件（水头，流速，流量）、边界条件（消能工体型、下游地形条件等）、气象条件（风速，风向）、运行条件（闸门开度，孔口运用组合等） 4、雾化水流的危害主要有哪些？
答：危害主要有：对发电和电器设备的影响、对航运的影响、对两岸边坡稳定性的影响及对交通和居民生活的影响等。
5、泄洪雾化降雨影响的等级划分及各等级对应的平均雨强？ 答：V级雾化降雨区：平均雨强（mm/h）> 600.0，IV级雾化降雨区：平均雨强（mm/h）200.0 ～ 600.0，III级雾化降雨区：平均雨强（mm/h）50.0 ～ 200.0，II级雾化降雨区：平均雨强（mm/h） 10.0 ～ 50.0，I级雾化降雨区：平均雨强（mm/h）< 10.0 6、V级雾化降雨区的特点及应对方法？ 答：特点：雾化降雨强度高，危害性很大、破坏力很强，雨区内空气稀薄，能见度很低；应对方法：通常该级雾化降雨的影响范围不大，影响区内的两岸边坡需要护坡保护；电站厂房、开关站等枢纽建筑物及附属设施均不能布置在V级雾化降雨影响范围之内，泄洪时雨区内禁止人员和车辆等通行。
第七章
一、填空题 1、按流激振动的激励机理把激励源分为外部激励(EIE)，不稳定激励(IIE)，运动激励(MIK) 三种。
2、水工结构的流激振动可以分为强迫振动，自激振动和参数振动三种。 二、名词解释
流激振动：充、泄水结构在充、泄水时承受着水流脉动压力的激励，往往诱发结构振动，称为流激振动。
强迫振动：水流脉动对结构的作用比较强，结构的振动对水流的反作用比较弱，这时的耦合振动表现为结构的强迫振动
水弹性振动相似模型：既满足水动力学相似，又满足水中结构弹性振动相似的模型称为“水弹性振动相似模型”。 三、问答题
1、为减少流激振动的发生，应从哪些方面进行考虑？
答：1、改变结构局部形式或止水以改变水流条件，消除某种激励源。2、对结构进行频率灵
敏度分析找出结构刚度薄弱部位，优化设计，增大刚度，提高其固有频率，使之远离水流脉动压力的高能频率。3、设法打破自激振动系统中的能量控制与反馈系统。 2、哪些水工泄水结构容易发生流激振动？
答： 水工闸门，水电站拦污栅，消力池分水隔墙，水电站厂房，薄拱坝坝身。
第八章
一、填空题
1、弯道上急流冲击波的控制方法主要有复合曲线法、槽底横向超高法两种。 2、形成滚波的根本原因是陡槽摩阻力相对太小。
3、急流中产生冲击波的外因是边界的变化，急流中产生冲击波的内因急流的巨大惯性. 4、急流中边墙收缩产生冲击波的最大波高是由 总偏转角 决定。 二、名词解释 急流冲击波:在急流中，由于边界条件的变化使水流产生扰动，下游形成一系列呈菱形的扰动波，这种波称为急流冲击波。 滚波:在底坡坡度大于临界底坡坡度数倍的平直陡槽中，若槽身较宽，水深较浅，每隔一段距离后，出现一个又一个波，其波前横贯渠槽，波速大于水流流速，时常还会出现较大的波追上较小的波及较小的波合并成较大的波，这种波动称为滚波。 扰动线:由于急流受到边界扰动而形成的划分扰动区域的斜线称为扰动线。 扰动角:扰动线和原水流运动方向的夹角β1称为扰动角。 三、问答题 1、冲击波对水利水电工程的不利影响？ 答：1、冲击波使水流局部壅，故边墙必须加高，从而加大了工程造价；2、冲击波传播到下游出口处，使水流部分集中．增加了消能的困难。 2、明渠急流扩散段的主要扩散形式？ 答：1、平底明渠扩散段；2、陡坡明渠扩散段；3、反弧(凹曲面)段。 3、简述复合曲线法是如何对弯道上急流冲击波进行控制。 答：由于扰动波有正有负，因此可以考虑加入扰动波，使新加扰动波与原扰动波之间相互干涉达到消减的目的。复合曲线法即在此思路上引入两段曲线，分别位于曲线段的前后进行消减冲击波。 4、简述槽底横向超高法是如何对弯道上急流冲击波进行控制。 答：该法是从消除边墙对水流造成的扰动来考虑。由弯道曲线段的起点逐渐降低槽底的内侧，或抬高外侧，或联合进行，以形成一定的横向坡度，这样便有重力沿横向坡度方向的分力作用于水流的每个质点，使其有向心的加速度能够自由转弯。这时边墙对水流的作用和在直段一样，不另外施加侧力迫使水流转向，因此就不会产生扰动。