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几何相似性在滨海拦护设施水动力响应试验中的研究成果

时间:2023-10-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:基于以上分析,直接采用形态相似比尺模拟网衣是不适宜的,必须采用新的模拟方案,寻找“等效网面”。考虑到网面受力主要为水流阻力,等效网面与理论模型网面之间受到的水流阻力应是相似的。

几何相似性在滨海拦护设施水动力响应试验中的研究成果

网面结构的设计主要包括网衣的轮廓尺寸、网目大小和网线直径。如果这三个参数采用同一个模型相似比尺,在实际中并不可行,存在两个方面的问题。

2.3.1.1 网面的制作有问题

举例说明,如对拦污网的结构平面尺寸比尺采用1∶50(常见比尺),假设原型网面的目脚最小长度为10.0 mm,网线直径为4 mm(常见形式),如果直接根据几何相似条件采用1∶50的相似比尺,模型网面的网目大小和网线直径应为0.2 mm和0.08 mm,这种网面在制作上很困难。特别是在实际工程中,我们也遇到大量的网衣结构网目小于10 mm,进一步加大了选材的难度。

2.3.1.2 阻水效应不相似

如简单采用几何比尺缩放,按上述分析,会因为模型网目太密,使得试验中穿过网目间隙的水流流态与原型差异较大,发生毛细效应,导致试验结果与实际存在很大差异。基于以上分析,直接采用形态相似比尺模拟网衣是不适宜的,必须采用新的模拟方案,寻找“等效网面”。

考虑到网面受力主要为水流阻力,等效网面与理论模型网面之间受到的水流阻力应是相似的。由于网面受到的水流阻力与单位面积网面在水流垂直方向上的投影面积(迎流面积)的大小有关,在保证等效网面与理论模型网面迎流面积相同的前提下,可以用等效网面代替理论模型网面进行试验,等效网面与理论模型网面应具有相同的迎流面积比(即透水率),如图2-2所示,采用菱形装配形式的网面,每一目网面在水平方向投影的长度为2a1u1,在垂直方向投影的长度为2a1u2;单个目脚在水流垂直方向上的投影面积为S1=a1×d1,由此可以计算出单位面积网面在水流方向上的投影面积为:

其中,u1为水平缩结系数,u2为垂直缩结系数。(www.xing528.com)

对于等效模型网面,设网目大小为a2,网线直径为d2。假设水平缩结系数和垂直缩结系数不变,单个目脚在水流垂直方向上的投影面积为S2=a2×d2,则单位面积网面在与流向垂直的平面上的投影面积为:

为了使得等效网面与模型网面有相同的迎流面积,令M1=M2,即

图2-2 理论网面与等效网面示意图

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