攔污柵條概化試驗(yàn)

宋猛猛+陳毓陵+曾昊+等

摘要：建立水工模型研究取水頭的水流特性時(shí)，由于攔污柵條尺寸相對(duì)于整個(gè)構(gòu)筑物很小，縮尺后導(dǎo)致精確模擬柵條形狀及尺寸出現(xiàn)困難。此時(shí)常采取忽略柵條斷面形狀的微小變化，將若干柵條合并為一根的概化措施，即增加了單個(gè)柵條的厚度，減少了柵條分布的稠密度以便制作安裝柵條。利用標(biāo)準(zhǔn)k-ε紊流模型模擬了柵條概化前后過(guò)柵水流的水力特性，分析其水頭損失系數(shù)、平面流速分布變化特點(diǎn)，提出了在建立模型時(shí)合并柵條應(yīng)遵循的適當(dāng)比例，并估算了概化后的影響程度。

關(guān)鍵詞：柵條；概化；水頭損失系數(shù)；k-ε紊流模型

中圖分類(lèi)號(hào)： TV671文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2014）06-0361-03

收稿日期：2013-10-18

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金 （編號(hào)：51009051）。

作者簡(jiǎn)介：宋猛猛（1987—），男，河南永城人，碩士研究生，主要從事泵站工程研究。E-mail：lxlp262725735@163.com。取水工程在滿(mǎn)足工農(nóng)業(yè)用水需求上發(fā)揮著巨大效益。在河床比較穩(wěn)定，河岸平緩且主流遠(yuǎn)離取水岸，岸邊水深或水質(zhì)不能滿(mǎn)足用水需求時(shí)，往往采用河床式取水構(gòu)筑物[1]。河床式取水構(gòu)筑物一般由取水頭、自流管、集水井及水泵房組成。取水頭由柵體、筒體以及出水管組成。河水流經(jīng)柵體，沿取水頭筒體自流至出水管，進(jìn)入集水井的吸水間，然后由水泵提至用水區(qū)。由于季節(jié)變遷以及河水漂浮物的增多，取水頭經(jīng)常受到冰凌、泥沙、雜草的沖擊，柵體的作用就是防止這些異物進(jìn)入流道，以免威脅出水管以及泵站的安全運(yùn)行[2]。柵體的單孔過(guò)水面積較小，柵條數(shù)目多且分布密，柵條尺寸相對(duì)于整個(gè)模型而言更小。進(jìn)行模型試驗(yàn)研究其水力特性時(shí)，柵條在比尺作用下變得非常薄，給制作、安裝帶來(lái)了困難。采用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，應(yīng)對(duì)柵條劃分網(wǎng)格，若柵條數(shù)目過(guò)多，則造成網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)量巨大，給計(jì)算帶來(lái)不便。為了解決柵條的模擬困難，本研究考慮在保證原柵體有效過(guò)水面積不變的前提下，采取將柵條按一定比例逐漸合并的概化措施，即減少了柵條數(shù)量，增加了厚度，比較不同合并方案下取水頭的水頭損失及流速分布的變化特點(diǎn)。結(jié)合上海市某取水工程，采用蘑菇式取水頭，柵體孔高2.5 m，柵條數(shù)119條，矩形斷面，尺寸為 40 mm×400 mm，柵體有效過(guò)水面積為94.53 m2，引水流量 20 m3/s，取水頭結(jié)構(gòu)布置見(jiàn)圖1。

1數(shù)學(xué)模型及其解法

1.1控制方程

本研究采用三維k-ε紊流模型方程對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬，控制方程為：

（1）連續(xù)性方程

uixj=0（1）

（2）動(dòng)量方程

t（ρUi）+Xi（ρUiUj）=-ρXi+Xj×μUiXj+μlUiXj+UjXi+ρg+Fi（2）

式中：μl由紊流動(dòng)能k及紊流動(dòng)能耗散率ε確定，μl=ρCμk2ε

（3）k方程

t（ρk）+Xi（ρUik）=Xi×μ+μlXikXi+G-ρε（3）

（4）ε方程

t（ρε）+Xi（ρUiε）=Xi×μ+μtεεXi+C1εεkG-C2ερε2k（4）

式中：G產(chǎn)生項(xiàng)為平均流速梯度引起的湍動(dòng)能k的產(chǎn)生項(xiàng)。

G=μtUiXj+UjXiUiXj（5）

式中：ρ為液體密度，t為時(shí)間，μ為動(dòng)力黏滯系數(shù)，F(xiàn)i為作用于單位質(zhì)量水體的體積力；σk和σε分別是與湍動(dòng)能k、耗散率ε對(duì)應(yīng)的Prandtl數(shù)。Cμ=0.09，C1ε=1.44，C2ε=1.92，σk=1.0，σε=1.3。

1.2計(jì)算方法

采用有限體積法求解模型，采用SIMPLEC算法進(jìn)行迭代計(jì)算，采用TDMA法求解離散方程，采用全隱格式進(jìn)行時(shí)間差分。

1.3邊界條件

進(jìn)口邊界采用速度入口條件，即給出進(jìn)口速度、湍動(dòng)能、耗散率。出口邊界采用自由出流邊界條件，即各變量在流動(dòng)方向上的梯度為0。采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)法處理黏性底層。固壁邊界均采用無(wú)滑移條件，自由水面均采用剛蓋假定（圖2）。

1.4柵條處理及評(píng)價(jià)方法

在保證柵體有效過(guò)水面積不變的前提下，將柵條合并，改變柵條厚度以及孔口凈跨，合并方法見(jiàn)表1。為了保證取水頭徑向均勻進(jìn)流，最大程度模擬過(guò)柵水流形態(tài)，將柵條的最小合并數(shù)定為5條。表中n為柵條個(gè)數(shù)，δ為柵條厚度，ω為柵條合并比例，即柵條合并后的數(shù)量占原方案?jìng)€(gè)數(shù)的比例。

n（條）δ（m）ω（%）1190.04100.0800.0667.2600.0850.4480.1040.3340.1428.6240.2020.2150.3212.6100.478.450.954.2

通過(guò)三維數(shù)值模擬，可得計(jì)算區(qū)域內(nèi)的壓力分布、三維流速分布等，結(jié)合伯努利方程公式（6）、公式（7）計(jì)算柵前斷面1-1、筒體中2-2斷面（圖1）之間的水頭損失系數(shù)ξ。

hw=E2-E1=P2ρg-P1ρg+（Z2-Z1）+v222g-v212g（6）

ξ=hw/v212g（7）

式中：hw為兩斷面間的水頭損失；ξ為兩斷面間的水頭損失系數(shù)；E2、E1分別為過(guò)水?dāng)嗝?-1、2-2處的總水頭；P2、P1分別為過(guò)水?dāng)嗝?-1、2-2處的平均動(dòng)水壓強(qiáng)；Z2、Z1分別為過(guò)水?dāng)嗝?-1、2-2的形心點(diǎn)距基準(zhǔn)面的高度；v2、v1分別為過(guò)水?dāng)嗝?-1、2-2處的斷面平均流速。

2結(jié)果與分析

2.1流速分布圖

依據(jù)表1的設(shè)計(jì)方案，在數(shù)值計(jì)算結(jié)果中選取3個(gè)典型方案的局部過(guò)柵平面流速分布圖（圖3）。原方案（ω=100%）中，水流很平順均勻地經(jīng)過(guò)柵體，流態(tài)良好。柵條很薄且沿圓周均勻分布，相當(dāng)于導(dǎo)流板，有整流作用。此時(shí)的水頭損失主要是由柵條壁面、液體的黏滯作用產(chǎn)生切應(yīng)力造成的，單個(gè)柵條對(duì)水流的阻擋作用不明顯。當(dāng)柵條合并為ω=28.6%，即柵條厚度增加為0.14 m時(shí)，水流經(jīng)過(guò)柵條時(shí)流線(xiàn)明顯彎曲，但基本還是平順通過(guò)，此時(shí)水流特性和原方案相比已有變化。當(dāng)ω減小到4.2%時(shí)，由于柵條厚度明顯增大，已經(jīng)有明顯的繞流，水流在柵條后形成小旋滾區(qū)。此時(shí)柵條相當(dāng)于一個(gè)矩形柱，水流繞柱流動(dòng)，形態(tài)有明顯改變。當(dāng)水流到達(dá)方柱時(shí)，流速降低，繞流中流線(xiàn)由疏變密，流速逐漸增大，在柵條背后形成了一個(gè)漩渦區(qū)，主流與漩渦區(qū)之間不斷有質(zhì)量與能量的交換，并通過(guò)質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)間的摩擦和劇烈碰撞消耗大量機(jī)械能。通過(guò)此圖發(fā)現(xiàn)，當(dāng)柵條合并致其寬厚比減小至3左右時(shí)，開(kāi)始引起過(guò)柵水流特性發(fā)生巨大改變，即平穩(wěn)的過(guò)柵水流變?yōu)槔@流。

2.2數(shù)據(jù)分析

采用上述方法計(jì)算所得結(jié)果見(jiàn)圖4。圖4反映了取水頭在典型運(yùn)行工況下水頭損失系數(shù)ξ隨柵條合并比例ω的變化規(guī)律。在原方案中ω=100%，水頭損失系數(shù)ξ=3.83，隨著柵條的合并，水頭損失系數(shù)逐漸增大，當(dāng)柵條合并比例至ω=286%，即柵條厚度約為原方案的3.5倍時(shí)，水頭損失系數(shù)ξ=3.89，增加了1.57%?？梢园l(fā)現(xiàn)ω在100%～28.6%之間變化時(shí)，水頭損失系數(shù)只發(fā)生了微小變化，這在概化柵條時(shí)是允許的。隨著柵條合并數(shù)繼續(xù)增加，當(dāng)ω在28.6%～12.6%范圍內(nèi)時(shí)，水頭損失系數(shù)ξ在圖像上出現(xiàn)波動(dòng)，數(shù)據(jù)現(xiàn)離散化趨勢(shì)。證明此階段流態(tài)并不穩(wěn)定，水流形態(tài)已不是平穩(wěn)的過(guò)柵水流，此時(shí)柵條概化出現(xiàn)的損失變化無(wú)法預(yù)估。當(dāng)ω<126%后，水頭損失系數(shù)急劇增大，當(dāng)柵條合并至5條，即 ω=4.2% 時(shí)，ξ=4.13，相較原方案增加了7.8%。同時(shí)過(guò)柵水流形態(tài)已完全不同于原方案，此時(shí)模擬會(huì)出現(xiàn)較大失真。

當(dāng)ω在100%～30%附近變化時(shí)，ξ平穩(wěn)過(guò)渡，變化很小。計(jì)算可知，當(dāng)ω=30%時(shí)，柵條厚度相較于原方案已增大3.3倍，在模型縮尺后導(dǎo)致柵條尺寸變薄所引起的制作、裝配困難也能輕易解決。為了給工程實(shí)踐提供柵條概化后水頭損失估算依據(jù)，本研究擬合了在典型運(yùn)行工況下，取水頭柵條合并比例ω（100%～30%）與水頭損失系數(shù)ξ之間的關(guān)系式：

ξ=4.1×ω-0.013（8）

水頭損失是液流內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因黏滯性的作用，產(chǎn)生切應(yīng)力的結(jié)果。當(dāng)液體沿縱向邊界流動(dòng)時(shí)，只要局部邊界的形狀或大小發(fā)生改變，或有局部障礙，液流內(nèi)部結(jié)構(gòu)就急劇變化，液體質(zhì)點(diǎn)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，內(nèi)摩擦增大，產(chǎn)生較大的能量損失，這種發(fā)生在局部范圍之內(nèi)的水頭損失被稱(chēng)作局部水頭損失。水流在通過(guò)柵體時(shí)，柵條對(duì)其有一個(gè)阻礙作用，引起流態(tài)的突然改變，這是產(chǎn)生局部損失的主因[3]。黏性流體經(jīng)過(guò)固體壁面時(shí)，會(huì)在壁面附近形成邊界層，當(dāng)固體壁面較薄時(shí)，邊界層不會(huì)分離，但是繞流鈍形物體時(shí)（如方柱、圓柱等），有可能發(fā)生邊界層分離，導(dǎo)致分離點(diǎn)后出現(xiàn)回流區(qū)或尾流，能量損失急劇增大[4]。當(dāng)柵條未合并時(shí)，寬厚比較大，斷面形狀更為細(xì)長(zhǎng)，水流所受到的切應(yīng)力（即摩擦阻力）占主導(dǎo)地位。隨著柵條合并厚度增大，數(shù)目減小，沿細(xì)長(zhǎng)柵條的水體流動(dòng)逐漸變成了鈍形物體的繞流，此時(shí)壓強(qiáng)阻力大小占主導(dǎo)地位。由于液體的黏性，摩擦阻力總是存在，并且和柵條數(shù)目呈正相關(guān)，柵條厚度增大又引起水流內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)紊亂以及壓強(qiáng)阻力增大，并最終引起過(guò)柵水流形態(tài)的改變。

3結(jié)論

取水頭部柵體水頭損失取決于取水頭結(jié)構(gòu)、柵條斷面形狀、斷面尺寸、柵條凈距、進(jìn)柵水流方向以及結(jié)構(gòu)、污物遮擋柵條面積程度。柵條概化導(dǎo)致水頭損失變化主要是柵條凈距、斷面尺寸發(fā)生改變引起的。通過(guò)分析柵條概化前后水頭損失以及流速分布差異，得出在保持柵條有效過(guò)水面積不變的前提下，柵條數(shù)合并比例ω不小于30%時(shí)，所引起的水頭損失系數(shù)差異不超過(guò)2%。對(duì)于工程問(wèn)題可以直接概化處理，忽略損失影響。當(dāng)ω<30%時(shí)，水頭損失系數(shù)陡增，并且趨勢(shì)明顯，在處理柵條時(shí)應(yīng)當(dāng)極力避免這種情況。柵條合并范圍ω在100%～30%范圍內(nèi)變化時(shí)可采取公式（8）估算水頭損失系數(shù)變化，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果予以修正。由于柵條合并至ω=30%時(shí)其厚度已經(jīng)變?yōu)樵瓉?lái)的3.3倍，在處理模型縮尺導(dǎo)致柵條制作裝配困難以及數(shù)值計(jì)算出現(xiàn)劃分網(wǎng)格不便的問(wèn)題時(shí)，都可以采取概化柵條的措施予以解決。

參考文獻(xiàn)：

[1]周金全. 地表水取水工程[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

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（上接第348頁(yè)）

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2.2數(shù)據(jù)分析

采用上述方法計(jì)算所得結(jié)果見(jiàn)圖4。圖4反映了取水頭在典型運(yùn)行工況下水頭損失系數(shù)ξ隨柵條合并比例ω的變化規(guī)律。在原方案中ω=100%，水頭損失系數(shù)ξ=3.83，隨著柵條的合并，水頭損失系數(shù)逐漸增大，當(dāng)柵條合并比例至ω=286%，即柵條厚度約為原方案的3.5倍時(shí)，水頭損失系數(shù)ξ=3.89，增加了1.57%。可以發(fā)現(xiàn)ω在100%～28.6%之間變化時(shí)，水頭損失系數(shù)只發(fā)生了微小變化，這在概化柵條時(shí)是允許的。隨著柵條合并數(shù)繼續(xù)增加，當(dāng)ω在28.6%～12.6%范圍內(nèi)時(shí)，水頭損失系數(shù)ξ在圖像上出現(xiàn)波動(dòng)，數(shù)據(jù)現(xiàn)離散化趨勢(shì)。證明此階段流態(tài)并不穩(wěn)定，水流形態(tài)已不是平穩(wěn)的過(guò)柵水流，此時(shí)柵條概化出現(xiàn)的損失變化無(wú)法預(yù)估。當(dāng)ω<126%后，水頭損失系數(shù)急劇增大，當(dāng)柵條合并至5條，即 ω=4.2% 時(shí)，ξ=4.13，相較原方案增加了7.8%。同時(shí)過(guò)柵水流形態(tài)已完全不同于原方案，此時(shí)模擬會(huì)出現(xiàn)較大失真。

當(dāng)ω在100%～30%附近變化時(shí)，ξ平穩(wěn)過(guò)渡，變化很小。計(jì)算可知，當(dāng)ω=30%時(shí)，柵條厚度相較于原方案已增大3.3倍，在模型縮尺后導(dǎo)致柵條尺寸變薄所引起的制作、裝配困難也能輕易解決。為了給工程實(shí)踐提供柵條概化后水頭損失估算依據(jù)，本研究擬合了在典型運(yùn)行工況下，取水頭柵條合并比例ω（100%～30%）與水頭損失系數(shù)ξ之間的關(guān)系式：

ξ=4.1×ω-0.013（8）

水頭損失是液流內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因黏滯性的作用，產(chǎn)生切應(yīng)力的結(jié)果。當(dāng)液體沿縱向邊界流動(dòng)時(shí)，只要局部邊界的形狀或大小發(fā)生改變，或有局部障礙，液流內(nèi)部結(jié)構(gòu)就急劇變化，液體質(zhì)點(diǎn)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，內(nèi)摩擦增大，產(chǎn)生較大的能量損失，這種發(fā)生在局部范圍之內(nèi)的水頭損失被稱(chēng)作局部水頭損失。水流在通過(guò)柵體時(shí)，柵條對(duì)其有一個(gè)阻礙作用，引起流態(tài)的突然改變，這是產(chǎn)生局部損失的主因[3]。黏性流體經(jīng)過(guò)固體壁面時(shí)，會(huì)在壁面附近形成邊界層，當(dāng)固體壁面較薄時(shí)，邊界層不會(huì)分離，但是繞流鈍形物體時(shí)（如方柱、圓柱等），有可能發(fā)生邊界層分離，導(dǎo)致分離點(diǎn)后出現(xiàn)回流區(qū)或尾流，能量損失急劇增大[4]。當(dāng)柵條未合并時(shí)，寬厚比較大，斷面形狀更為細(xì)長(zhǎng)，水流所受到的切應(yīng)力（即摩擦阻力）占主導(dǎo)地位。隨著柵條合并厚度增大，數(shù)目減小，沿細(xì)長(zhǎng)柵條的水體流動(dòng)逐漸變成了鈍形物體的繞流，此時(shí)壓強(qiáng)阻力大小占主導(dǎo)地位。由于液體的黏性，摩擦阻力總是存在，并且和柵條數(shù)目呈正相關(guān)，柵條厚度增大又引起水流內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)紊亂以及壓強(qiáng)阻力增大，并最終引起過(guò)柵水流形態(tài)的改變。

3結(jié)論

取水頭部柵體水頭損失取決于取水頭結(jié)構(gòu)、柵條斷面形狀、斷面尺寸、柵條凈距、進(jìn)柵水流方向以及結(jié)構(gòu)、污物遮擋柵條面積程度。柵條概化導(dǎo)致水頭損失變化主要是柵條凈距、斷面尺寸發(fā)生改變引起的。通過(guò)分析柵條概化前后水頭損失以及流速分布差異，得出在保持柵條有效過(guò)水面積不變的前提下，柵條數(shù)合并比例ω不小于30%時(shí)，所引起的水頭損失系數(shù)差異不超過(guò)2%。對(duì)于工程問(wèn)題可以直接概化處理，忽略損失影響。當(dāng)ω<30%時(shí)，水頭損失系數(shù)陡增，并且趨勢(shì)明顯，在處理柵條時(shí)應(yīng)當(dāng)極力避免這種情況。柵條合并范圍ω在100%～30%范圍內(nèi)變化時(shí)可采取公式（8）估算水頭損失系數(shù)變化，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果予以修正。由于柵條合并至ω=30%時(shí)其厚度已經(jīng)變?yōu)樵瓉?lái)的3.3倍，在處理模型縮尺導(dǎo)致柵條制作裝配困難以及數(shù)值計(jì)算出現(xiàn)劃分網(wǎng)格不便的問(wèn)題時(shí)，都可以采取概化柵條的措施予以解決。

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（上接第348頁(yè)）

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[22]張戈麗，徐興良，周才平，等. 近30年來(lái)呼倫貝爾地區(qū)草地植被變化對(duì)氣候變化的響應(yīng)[J]. 地理學(xué)報(bào)，2011，66（1）：47-58.

2.2數(shù)據(jù)分析

采用上述方法計(jì)算所得結(jié)果見(jiàn)圖4。圖4反映了取水頭在典型運(yùn)行工況下水頭損失系數(shù)ξ隨柵條合并比例ω的變化規(guī)律。在原方案中ω=100%，水頭損失系數(shù)ξ=3.83，隨著柵條的合并，水頭損失系數(shù)逐漸增大，當(dāng)柵條合并比例至ω=286%，即柵條厚度約為原方案的3.5倍時(shí)，水頭損失系數(shù)ξ=3.89，增加了1.57%。可以發(fā)現(xiàn)ω在100%～28.6%之間變化時(shí)，水頭損失系數(shù)只發(fā)生了微小變化，這在概化柵條時(shí)是允許的。隨著柵條合并數(shù)繼續(xù)增加，當(dāng)ω在28.6%～12.6%范圍內(nèi)時(shí)，水頭損失系數(shù)ξ在圖像上出現(xiàn)波動(dòng)，數(shù)據(jù)現(xiàn)離散化趨勢(shì)。證明此階段流態(tài)并不穩(wěn)定，水流形態(tài)已不是平穩(wěn)的過(guò)柵水流，此時(shí)柵條概化出現(xiàn)的損失變化無(wú)法預(yù)估。當(dāng)ω<126%后，水頭損失系數(shù)急劇增大，當(dāng)柵條合并至5條，即 ω=4.2% 時(shí)，ξ=4.13，相較原方案增加了7.8%。同時(shí)過(guò)柵水流形態(tài)已完全不同于原方案，此時(shí)模擬會(huì)出現(xiàn)較大失真。

當(dāng)ω在100%～30%附近變化時(shí)，ξ平穩(wěn)過(guò)渡，變化很小。計(jì)算可知，當(dāng)ω=30%時(shí)，柵條厚度相較于原方案已增大3.3倍，在模型縮尺后導(dǎo)致柵條尺寸變薄所引起的制作、裝配困難也能輕易解決。為了給工程實(shí)踐提供柵條概化后水頭損失估算依據(jù)，本研究擬合了在典型運(yùn)行工況下，取水頭柵條合并比例ω（100%～30%）與水頭損失系數(shù)ξ之間的關(guān)系式：

ξ=4.1×ω-0.013（8）

水頭損失是液流內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因黏滯性的作用，產(chǎn)生切應(yīng)力的結(jié)果。當(dāng)液體沿縱向邊界流動(dòng)時(shí)，只要局部邊界的形狀或大小發(fā)生改變，或有局部障礙，液流內(nèi)部結(jié)構(gòu)就急劇變化，液體質(zhì)點(diǎn)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，內(nèi)摩擦增大，產(chǎn)生較大的能量損失，這種發(fā)生在局部范圍之內(nèi)的水頭損失被稱(chēng)作局部水頭損失。水流在通過(guò)柵體時(shí)，柵條對(duì)其有一個(gè)阻礙作用，引起流態(tài)的突然改變，這是產(chǎn)生局部損失的主因[3]。黏性流體經(jīng)過(guò)固體壁面時(shí)，會(huì)在壁面附近形成邊界層，當(dāng)固體壁面較薄時(shí)，邊界層不會(huì)分離，但是繞流鈍形物體時(shí)（如方柱、圓柱等），有可能發(fā)生邊界層分離，導(dǎo)致分離點(diǎn)后出現(xiàn)回流區(qū)或尾流，能量損失急劇增大[4]。當(dāng)柵條未合并時(shí)，寬厚比較大，斷面形狀更為細(xì)長(zhǎng)，水流所受到的切應(yīng)力（即摩擦阻力）占主導(dǎo)地位。隨著柵條合并厚度增大，數(shù)目減小，沿細(xì)長(zhǎng)柵條的水體流動(dòng)逐漸變成了鈍形物體的繞流，此時(shí)壓強(qiáng)阻力大小占主導(dǎo)地位。由于液體的黏性，摩擦阻力總是存在，并且和柵條數(shù)目呈正相關(guān)，柵條厚度增大又引起水流內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)紊亂以及壓強(qiáng)阻力增大，并最終引起過(guò)柵水流形態(tài)的改變。

3結(jié)論

取水頭部柵體水頭損失取決于取水頭結(jié)構(gòu)、柵條斷面形狀、斷面尺寸、柵條凈距、進(jìn)柵水流方向以及結(jié)構(gòu)、污物遮擋柵條面積程度。柵條概化導(dǎo)致水頭損失變化主要是柵條凈距、斷面尺寸發(fā)生改變引起的。通過(guò)分析柵條概化前后水頭損失以及流速分布差異，得出在保持柵條有效過(guò)水面積不變的前提下，柵條數(shù)合并比例ω不小于30%時(shí)，所引起的水頭損失系數(shù)差異不超過(guò)2%。對(duì)于工程問(wèn)題可以直接概化處理，忽略損失影響。當(dāng)ω<30%時(shí)，水頭損失系數(shù)陡增，并且趨勢(shì)明顯，在處理柵條時(shí)應(yīng)當(dāng)極力避免這種情況。柵條合并范圍ω在100%～30%范圍內(nèi)變化時(shí)可采取公式（8）估算水頭損失系數(shù)變化，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果予以修正。由于柵條合并至ω=30%時(shí)其厚度已經(jīng)變?yōu)樵瓉?lái)的3.3倍，在處理模型縮尺導(dǎo)致柵條制作裝配困難以及數(shù)值計(jì)算出現(xiàn)劃分網(wǎng)格不便的問(wèn)題時(shí)，都可以采取概化柵條的措施予以解決。

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