1、中国海洋大学 “国家大学生创新性实验计划” 项目答辩,项目名称： 洞塞式内消能工水力特性的 实验研究与理论分析报 告 人： 何勇院 系 ： 工程学院,洞塞式内消能工水力特性的 实验研究与理论分析,申 请 者： 何勇所 在 院 系： 工程学院专业、年级：港口航道与海岸工程2008级指 导 教 师： 尹则高项目组成员：郑清鑫、陈更 、朱慧洁 、龚晓龙,洞塞式内消能工水力特性的 实验研究与理论分析,课题的选取研究内容和方法项目进度安排结题验收技术指标特色与创新客观条件分析目前项目进展及取得的阶段性成果在实施过程中获得创新思维和创新实践方面的收获,洞塞式内消能工水力特性的 实验研究与理论分析,一、课题
2、的选取传统的消能工（挑流、底流和面流消能工）一般是把水流能量集中到泄流建筑物末端后，再利用下游的水体（如水垫塘 消力池或天然河道）把水流聚集的动能转化为下游水体的内能和动能以达到转化和分散能量的目的。相对于传统消能工，洞塞式消能（如下图）是利用连续突缩和突扩边界来增大对水流的形状阻力达到消能的目的。洞塞式消能具有流态稳定、结构简单、水流参数易于控制等优点，是一种有发展前景的内流消能方式。,洞塞式内消能工水力特性的 实验研究与理论分析,二、研究内容和方法1、研究现状 我国虽在理论分析、计算与实验的相关研究中取得了一定进展，但尚没有洞塞式消能的工程实例，洞塞式消能的的流速、压力和消能率等参数与洞塞
3、几何体型参数的定量内在关联规律尚待明确；最大消能率目标条件下洞塞段几何体型参数优化研究亟待加强。因此，本研究项目是一项既有理论研究意义，又有工程实践价值的工作。,洞塞式内消能工水力特性的 实验研究与理论分析,2、研究方法 本项目基于室内实验和理论分析，对典型体型与布置条件下洞塞式消能的流速、压力等水力参数进行观测，分析其分布特点，研究压力沿程恢复的过程与规律，计算水头损失系数，揭示水力参数与洞塞几何尺寸（洞塞体型、断面收缩比、相对长度、洞塞间距）的内在关联，进而对洞塞式消能的几何体型与布置进行优化设计，给出最优方案。,洞塞式内消能工水力特性的 实验研究与理论分析,3、解决的关键技术在归纳总结实
4、验数据的基础上，通过理论分析，给出水头损失系数等参数与洞塞几何尺寸的定量关系公式或图表。以消能率最大为优化目标，以雷诺数、洞塞几何尺寸为设计变量，探讨并确定相应约束条件，进行优化设计，给出洞塞段几何体型的最优方案。,洞塞式内消能工水力特性的 实验研究与理论分析,4、实验方案 查找关于洞塞式内消能工的各方面数据资料，并进行分析、研究。利用CAD等设计软件，设计绘制洞塞段几何体型与布置，并分析模型自制与购置的可行性。自制或购买实验材料，进行组装加工，制造室内实验模型。在工程学院河流工程实验室进行室内实验，观察流动过程；在典型断面布置流速仪和测压排观测流速与压力分布。进行数据采集，并整理分析。,洞塞
5、式内消能工水力特性的 实验研究与理论分析,三、项目进度安排在SRDP的基础上，深度查找关于洞塞式消能的各方面数据资料，并进行分析、研究。 （2010.10-2010.11）在SRDP的基础上，利用CAD设计更多工况的详细实验方案。 （2010.11-2010.12）自制或购买器材，进行加工，制造实验模型。 （2011.1-2011.2）进行实验观测，数据分析与处理。 （2011.3-20114）通过理论分析，给出水头损失系数与洞塞几何尺寸的定量关系。 （2011.5-2010.6）进行优化设计，给出洞塞段几何体型的最优方案。 （2011.6-2011.7） 整理研究成果，形成结题报告，撰写并发
6、表论文1到3篇。 (2011.8-2011.10),洞塞式内消能工水力特性的 实验研究与理论分析,四、结题验收技术指标通过对典型体型与布置条件下洞塞段消能的流速、压力等水力参数进行观测，揭示其分布规律。阐明压力沿程恢复的过程并总结其规律，给出水头损失系数与洞塞段几何尺寸的内在关联。给出典型工况下的洞塞几何体型的最优布置。形成结题报告1份，发表论文1到3篇。,洞塞式内消能工水力特性的 实验研究与理论分析,五、特色与创新充分利用了泄洪洞位置低，出口处于淹没状态的特点，洞塞所在位置静水压力大，可以尽可能地降低洞塞与原泄洪洞断面面积之比，从而大大提高了消能效率。 结构简单，流态稳定，水流参数易于控制。
7、流速较高，水流空化数大，泄洪相对安全，对周围环境负面影响较小。本项目对不同洞塞几何体型与布置条件下的流动特性进行分析，研究压力沿程恢复的过程，阐明洞塞几何体型参数对水头损失系数的影响规律，揭示水力参数与洞塞几何尺寸的内在关联，给出典型工况下洞塞几何体型与布置的最优方案。在洞塞式消能的水力特性分析方面形成创新性成果，进而为其安全和高效运行提供设计依据。,洞塞式内消能工水力特性的 实验研究与理论分析,六、客观条件分析本课题的选取符合科学性、可行性、创新性的选题原则。研究方向明确，研究内容清晰，研究方案可行。指导老师尹则高副教授主要从事水力学方面研究，主持山东省自然科学基金项目一项；主持交通部港口航
8、道泥沙工程交通行业重点实验室开放基金一项。已完整指导过SRDP项目一项，且评审为优秀，同时被评为优秀指导教师。小组成员具备高等数学、理论力学和水力学等系统知识，对研究具有极大的兴趣和积极性，成员之间相处融洽，学习方面经常相互探讨，具有融洽和谐的研究氛围，完全能胜任承担本项目研究工作。工程学院河流工程实验室拥有旋桨流速仪、LDV流速仪，可以为项目的水力参数观测提供可靠的仪器。实验室设有室内水库和水泵，为实验的顺利进行提供了可靠保障，本项目实验系统整体规模不大，实验条件完全可以满足。海大有资源丰富的电子期刊和纸质图书可供查阅；本科生研究发展计划为本项目提供的可靠经费支持，能够保障项目的顺利实施。,
9、洞塞式内消能工水力特性的 实验研究与理论分析,七、目前项目进展,取得的阶段性成果,洞塞式内消能工水力特性的 实验研究与理论分析,八、在实施过程中获得创新思维和创新实践方面的收获项目的实施过程其实是一个不断发现问题、解决问题的过程。项目组成员在解决问题的过程中，不断地改进设计方案，不断地翻阅课本、资料，但渐渐发现许多问题并不能用现有的理论来解决。例如，最初的设计方案为用毕托管原理制作的测压排同时测流速与压强，但最后通过初步的实验发现毕托管与测压管的液面差非常小，为毫米级，无法准确 读取。这是我们认识到，我们做实验虽然需要理论的支持，但是更大程度上是在实践中摸索，寻求创新，探索理论。,中国海洋大学 “国家大学生创新性实验计划” 项目答辩,以上是我们项目的一部分内容，欢迎各位老师批评指正。,
