[发明专利]一种泵站引渠及前池含沙动床面流速分布确定方法和装置

说明书

本发明实施例提供一种泵站引渠及前池含沙动床面流速分布确定方法和装置，通过测量获取往复流外边界层流速，流动周期，泥沙粒径，泥沙与水密度的比值，可得到含沙动床面摩擦因子，谢尔兹数和泥沙沉降速度；并进一步的获取体现含沙动床面流速断面的相位差和相位超前；通过确定相关相位差和相位超前，反应了流速分布受到相位差的影响，反应往复流动过程中流速分布的基准面位置相对流速的相位残留以及相位漂移，体现动床面流速分布在流动加速和减速阶段的非对称性，提高了动床面附近高含沙区域流速预测的能力并准确捕捉流速上界。

技术领域

本发明实施例涉及水利工程技术领域，更具体地，涉及一种泵站引渠及前池含沙动床面流速分布确定方法和装置。

背景技术

无压引水式水电站引水渠道末端和压力水管进口之间的连接建筑物，也称压力前池。在泵站引渠和前池的泥沙工程设计中，确定含沙动床面流速分布非常关键，是判断水流流态和含沙动床面附近悬移质泥沙含量的基础。

当前泵站设计中已经有工作估计含沙动床面流速分布，但主要集中于明渠恒定流动的对数分布律理论。它沿水面是单调递增的、无上界。它不包含相位差作用，即泥沙运动相对于水动力条件所需要的时间响应，这导致其无法体现基准面位置相对流速的相位漂移以及由相位残留作用产生的附加侵蚀深度。它不考虑动床面流速和切应力相对外边界层流速的相位超前，因而无法体现动床面流速分布在流动加速和减速阶段的非对称性。确定包含相位差和相位超前的往复流动条件下含沙动床面流速分布，是判断泵前水流流态和入泵的悬移质泥沙含量的重要依据。但到目前为止，工程上如何解析地给出往复流动条件下体现相位差和相位超前的含沙动床面的流速分布，尚未有可供借鉴的成果和方法。

发明内容

本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种泵站引渠及前池含沙动床面流速分布确定方法和装置。

第一方面，本发明实施例提供一种泵站引渠及前池含沙动床面流速分布确定方法，包括：

获取泵站引渠及前池水体的外边界层流速、流动周期，及泥沙粒径和泥沙与水密度的比值；

基于外边界层流速的最大值、流动周期、泥沙粒径和泥沙与水密度的比值，获取最大谢尔兹数和泥沙沉降速度，并获取含沙动床面流速断面的相位差和相位超前；

以所述外边界层流速为边界条件，基于含沙动床面流速断面的相位差和相位超前，进行含沙动床面的紊动边界层分析，确定受水流侵蚀的深度和往复流边界层厚度，进而得到含沙动床面流速分布。

第二方面，本发明实施例提供一种泵站引渠及前池含沙动床面流速分布确定装置，包括：

第一模块，用于获取泵站引渠及前池水体的外边界层流速、流动周期，及泥沙粒径和泥沙与水密度的比值；

第二模块，用于基于外边界层流速的最大值、流动周期、泥沙粒径，获取最大谢尔兹数和所述泥沙沉降速度，并获取含沙动床面流速断面的相位差和相位超前；

第三模块，用于以所述外边界层流速为边界条件，基于含沙动床面流速断面的相位差和相位超前，进行含沙动床面的紊动边界层分析，得到受水流侵蚀的深度和往复流边界层厚度，并得到含沙动床面流速分布。

本发明实施例提出了一种泵站引渠及前池含沙动床面流速分布确定方法和装置，通过测量获取往复流外边界层流速，流动周期，泥沙粒径，泥沙与水密度的比值，可得到含沙动床面摩擦因子，谢尔兹数和泥沙沉降速度；并进一步的获取体现含沙动床面流速断面的相位差和相位超前；通过确定相关相位差和相位超前，反应了流速分布受到相位差的影响，反应往复流动过程中流速分布的基准面位置相对流速的相位残留以及相位漂移，体现动床面流速分布在流动加速和减速阶段的非对称性，提高了动床面附近高含沙区域流速预测的能力并准确捕捉流速上界。

附图说明