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目录 1

序 1

前言 1

第1章 概述 1

参考文献 2

第2章 高速水流的紊动 4

2.1 概述 4

2.2 高速水流的紊动特征及紊流运动分类 4

2.3 高速水流运动的数学模型 5

2.3.1 高速水流运动基本方程 5

2.3.2 紊流模型 7

2.4 紊流特征量及其计算 15

2.4.1 离散数据的采样 16

2.4.2 紊动特征量的计算 17

2.5 脉动壁压 18

2.5.1 脉动壁压的形成机理 19

2.5.2 高速水流单点脉动壁压统计特性 25

2.5.3 高速水流脉动壁压的空时相关及波数频率谱特性 34

2.5.4 压力传感器形状与尺寸对脉动壁压实测特征值的影响 38

参考文献 41

第3章 高速水流的掺气 43

3.1 概述 43

3.1.1 掺气现象及其影响 43

3.1.2 高速水流掺气机理 43

3.2.2 气泡上升终速 47

3.2.1 流场中的气泡运动形态 47

3.2 气泡在流场中的运动形态 47

3.3 高速水流的自然掺气 49

3.3.1 明渠中的掺气水流 49

3.3.2 高速挑射水流的掺气 54

3.4 高速水流的强迫掺气 56

3.4.1 跌落水流的掺气 56

3.4.2 水跃的掺气 58

参考文献 60

3.4.3 掺气设施强迫掺气 60

第4章 高速水流的消能 62

4.1 概述 62

4.2 挑流消能 62

4.2.1 挑流消能原理与适用条件 62

4.2.2 挑流消能工 63

4.2.3 挑流消能水流运动计算 69

4.2.4 挑流冲刷计算与下游防冲措施 78

4.3 底流消能 79

4.3.1 底流消能原理与适用条件 79

4.3.2 底流消能的水力计算 80

4.3.3 底流消能中的辅助消能工与水跃控制 89

4.3.4 底流消能的下游局部冲刷与防冲措施 91

4.4 面流消能 91

4.4.1 面流消能原理与适用条件 91

4.4.2 跌坎面流消能 92

4.4.3 面流消能的下游局部冲刷与防冲措施 96

4.5 宽尾墩出流消能 97

4.5.1 宽尾墩出流消能原理 97

4.5.2 宽尾墩的体型参数 98

4.5.3 宽尾墩与挑流联合消能 99

4.6 其他类型的消能 101

4.6.1 自由跌落消能 101

4.6.2 水股空中碰撞消能 102

4.6.3 孔板消能 104

4.6.4 台阶消能 106

参考文献 109

第5章 空化空蚀 110

5.1 概述 110

5.1.1 有关空化空蚀的概念 110

5.1.2 泄水建筑物空蚀实例 111

5.1.3 空化的分类 111

5.1.4 空化的影响 112

5.2.1 气核形成理论 113

5.2 空泡动力学基础 113

5.2.2 空泡的发育 114

5.2.3 球形空泡的稳定性 117

5.2.4 空泡的溃灭 120

5.3 空蚀破坏程度的度量与空蚀破坏机理 122

5.3.1 空蚀破坏程度的度量 122

5.3.2 空蚀破坏的机理 123

5.3.3 紊流相干结构与空蚀的关系 125

5.3.4 泄水建筑物易受空蚀破坏的部位 125

5.4 空化与空蚀的物理模拟与原型观测 128

5.4.1 空化与空蚀的几个无量纲数 129

5.4.2 空化与空蚀的物理模拟 130

5.4.3 空化与空蚀的原型观测 133

5.5 水工建筑物减免空蚀措施 134

5.5.1 选用合理的过流边壁体型 134

5.5.2 改进施工工艺，提高过流边壁的平整度 141

5.5.3 选用抗蚀性能较强的材料 145

5.5.4 掺气减蚀 148

参考文献 156

第6章 高速水流的雾化 157

6.1 概述 157

6.2 挑流消能雾化水流 158

6.2.1 挑流消能雾化水流的特征 158

6.2.2 挑流消能雾化水流的流动机理 158

6.2.3 挑流消能雾化水流的数值模拟 159

6.2.4 挑流消能雾化水流的模型试验与原型观测 167

6.3 底流消能雾化水流 169

6.3.1 坝面溢流自然掺气形成的雾源 169

6.3.2 水跃区生成的雾源 170

6.4 雾化水流的危害与防范 171

6.4.1 雾化水流对发电与电器设备的影响 171

6.4.2 雾化水流对航运的影响 171

6.4.4 雾化水流对附近居民生活的影响 172

参考文献 172

6.4.3 雾化水流对两岸边坡稳定和交通的影响 172

第7章 高速水流的流激振动 174

7.1 概述 174

7.2 流激振动的物理模拟 174

7.3 流激振动的数值模拟 176

7.4 水工结构的流激振动 179

7.4.1 导墙振动 180

7.4.4 闸门的振动 181

参考文献 181

7.4.3 溢流厂房与泄水陡槽的振动 181

7.4.2 坝体振动 181

第8章 急流冲击波与滚波 183

8.1 概述 183

8.2 急流冲击波的形成及数学描述 183

8.2.1 急流冲击波的形成 183

8.2.2 小波高急流冲击波的计算 184

8.2.3 大波高急流冲击波的计算 186

8.2.4 冲击波的反射与干扰 187

8.3.1 急流收缩段的合理曲线 188

8.3.2 直线收缩段冲击波的计算 188

8.3 急流收缩段冲击波计算 188

8.3.3 窄缝消能工收缩段冲击波的计算 189

8.4 急流扩散段冲击波计算 190

8.4.1 平底明渠扩散段 190

8.4.2 陡坡明渠扩散段 193

8.4.3 反弧（凹）曲面上的急流扩散 193

8.5.2 较大半径情况下急流冲击波计算 194

8.5 急流弯道段冲击波计算 194

8.5.1 弯道上急流冲击波形态 194

8.5.3 较小半径情况下急流冲击波计算 196

8.5.4 弯道上急流冲击波的控制 196

8.6 滚波的形成条件及特征 198

8.6.1 滚波形成的条件 198

8.6.2 滚波的特征 200

参考文献 201