Hydraulics of Spillways and Energy Dissipators

Hydraulics of Spillways and Energy Dissipators pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Marcel Dekker Inc
作者:Khatsuria, R.M.
出品人:
页数:680
译者:
出版时间:2004-10
价格:$ 293.74
装帧:HRD
isbn号码:9780824757892
丛书系列:
图书标签:
  • 水力学
  • 溢洪道
  • 消能设施
  • 水利工程
  • 水工结构
  • 能量耗散
  • 流体力学
  • 水资源
  • 混凝土工程
  • 坝工
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具体描述

An unsurpassed treatise on the state-of-the-science in the research and design of spillways and energy dissipators, "Hydraulics of Spillways and Energy Dissipators" compiles a vast amount of information and advancements from recent conferences and congresses devoted to the subject. It highlights developments in theory and practice and emphasizing topics related to scale effect, dynamic flow measurement, and the analysis and interpretation of model results. It consolidates and compares the available information on various design approaches, procedures, and structure types to benefit practicing engineers.Reflecting the author's nearly four decades of experience in the field, this handbook: provides four broad sections on spillway design, flood- estimation and selection, various types of spillways and energy dissipators, and topics of special interest; offers valuable case studies and illustrative examples to effectively highlight key topics in the text; includes chapters on crucial design elements such as cavitation, air entrainment, and aerators; and, contains extensive discussions of spillway construction stages, dual purpose spillways, overtopping protection of earth dams used as spillways, unlined spillways, fuse plugs and fuse gate spillways, air entrainment and forced aeration, and protection against detrimental forces such as cavitation, uplift, and scour. About the author: Rajnikant M. Khatsuria served as Additional Director, Central Water and Power Research Station, Pune, India, until his retirement in 2001.He joined the Central Water and Power Research Station in 1963 and was engaged in the research and design of hydraulic structures, based on hydraulic model studies. His special interests include spillways, energy dissipators, control and conveyance structures, and hydropower structures. He has completed nearly 150 projects pertaining to the above disciplines and has authored a number of technical papers and professional reports. He contributed towards the field standardization of overflow, non-overflow, and hydropower structures. He also served as the Senior Expert for WAPCOS (India) Limited (1989-90) for the planning and commissioning of the HLAB (hydraulics laboratory) at Al Taji, Baghdad, Iraq. He received the B.E. (1963) degree from Gujarat University, India, the M.E. (1975) degree from the University of Pune, India, and the M.S. (1981) degree from the University of Iowa, Iowa City.

复杂工程系统中的水动力学特性与结构设计:兼论河流动力学与防洪工程 前言: 水,作为地球生命之源,其流动与控制一直是人类文明发展中的核心议题。从早期的引水灌溉到现代的大型水利枢纽建设,对水体行为的精确理解与有效管理,是保障社会经济稳定和生态环境安全的关键。本书聚焦于复杂的工程水动力学现象,旨在深入剖析河流、渠道及受控水体中流体运动的内在规律,并以此为基础,探讨相关基础设施的优化设计原则与结构力学响应。我们力求提供一个跨越传统水力学范畴,融合流体力学、泥沙动力学、岩土工程与结构工程的综合性视角。 第一部分:河流与水文系统的基础动力学 本部分着重于描述自然水体和人工水道中的流态特征及其对周边环境的影响。 第一章:开放水流的理论基础与模型构建 深入探讨浅水波理论、边界层分离现象在天然河道中的应用。重点解析紊流结构,包括湍流脉动、雷诺应力张量在非均匀流场中的分布特征。引入非恒定流的控制方程,特别是圣维南方程组在数值求解中的挑战与进展。对主流的二维和三维浅水模型(如有限体积法)进行详尽的理论推导和实际工况下的精度评估。 第二章:河流泥沙输运与河床演变 河流的长期稳定性根植于其泥沙输运能力。本章详述了泥沙运动的物理机制,包括冲淤变形的临界条件、床载运动和悬移运动的量化描述。对比分析了阿姆斯特丹、谢尔兹等经典泥沙输运公式在不同粒径分布和流速条件下的适用性。探讨了河床冲刷的机理,特别是局部冲刷(如桥墩周围)和整体性河段下切的影响因素,并介绍了基于地质力学原理的河床稳定判据。 第三章:水文不确定性与风险评估 水利工程的设计往往面临极端水文事件的挑战。本章侧重于水文频率分析,使用极值理论(如Gumbel、Weibull分布)对设计洪水进行统计推断。引入不确定性分析方法,如蒙特卡洛模拟,来评估设计参数(如糙率系数、入库流量)对工程安全裕度的影响。特别讨论了气候变化背景下,极端降雨事件频率和强度的可能变化及其对工程寿命的影响。 第二部分:水工构筑物的流体相互作用 本部分将研究水流与特定人造结构之间的复杂交互作用,侧重于流体动力载荷的精确计算。 第四章:水流对重力坝体的水力作用分析 详细分析水库蓄水和泄洪过程中,水体对重力坝体施加的各种水动力载荷。除了静水压力外,重点剖析了波浪作用(包括阵风引起的脉动压力)、地震工况下的水-结构耦合效应(Hydro-Structure Interaction, HSI)。讨论了水流绕坝体流场的数值模拟,特别是对非正规坝形(如阶梯式、曲线式)的流态特征及其产生的局部高压区。 第五章:水道交叉口的流态控制与结构优化 在复杂的交通网络中,渠道、涵洞、桥梁等交叉结构的设计至关重要。本章聚焦于渠道分叉、汇合处的流线重构,分析了能量损失系数的确定方法。详细研究了涵洞和暗渠的入口和出口效应,讨论了如何通过优化进口导流墙和出口消能坡面设计,以最小化局部阻力并避免回水淹没。 第六章:渗流理论与地下水动力学 水流不仅作用于结构表面,还渗透于土体内部。本章阐述了达西定律在土体中的应用及修正,特别是对非饱和土和裂隙岩体中的渗流分析。引入有限元法(FEM)进行三维渗流场的求解,重点分析了在水工建筑物下游可能发生的管涌现象(Piping)的临界条件,并提出了有效的防渗排水措施的设计标准。 第三部分:先进水动力学工具与应用 本部分介绍现代计算流体力学(CFD)和实验技术在解决复杂水力问题中的应用。 第七章:计算流体力学(CFD)在水利工程中的部署 详细介绍基于有限体积法(FVM)的RANS(雷诺平均纳维-斯托克斯)方程求解器在水工结构物周围的流场模拟。讨论了湍流模型(如$k-epsilon$、$SST$ $k-omega$)的选择与校正,以准确捕捉高剪切区和再附着过程。重点演示了如何利用CFD工具进行参数化研究,优化结构几何形状,例如导流墙的角度和曲率。 第八章:水动力学实验技术与量测 强调了物理模型试验在验证数值模拟和工程设计中的不可替代性。详细介绍了几种先进的流场量测技术,包括粒子图像测速(PIV)在分析复杂二元流场中的应用,以及声学多普勒流速剖面仪(ADCP)在现场水文测量中的精度控制。讨论了模型缩尺比的选择原则(如弗劳德相似律)及其对湍流边界条件的限制。 第九章:环境水动力学与生态影响 水利工程的设计必须兼顾生态系统的健康。本章探讨了水库泄流温跃层、含沙水流对下游水生生物栖息地的影响。分析了人工水体(如冷却水排放口)与接收水体(河流、湖泊)之间的混合过程,特别是热扩散和污染物稀释的动力学机制,为制定环境流量标准提供坚实的动力学依据。 结语: 本书的结构旨在引导读者从基础的水流物理特性出发,逐步深入到复杂的工程相互作用,最终掌握利用现代工具解决实际问题的能力。对于从事水利、土木、环境工程的专业人士和研究人员而言,理解这些内在的动力学原理,是确保工程安全、经济与可持续性的基石。

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