某大坝导流底孔泄水流态优化研究

深淹没底孔泄洪时由于相邻底孔泄洪闸出水口存在横向间隙极易引起高速出闸水流呈大角度交汇、碰撞、引起持续性不良水翅,影响底孔泄流能力以及下游水流流态。结合工程实例利用物理模型针对该问题在泄洪闸下游出口分别布置椭圆形隔墩以及楔形隔墩,并对比泄洪闸水流流态以及下游明渠内沿程断面水深及流速。试验表明:楔形隔墩有利于改善相邻闸室阿高速出闸水流表中底层交汇、调整明渠进水口流层分布,其既满足导流设计要求、维持上游原有围堰设计结构、避免设计变更,又能有效地改善下游明渠内水流流态,使明渠内下泄水流横向分布更加均匀、消除折冲水流。     

分侧泵闸枢纽闸下出流整流措施研究

分侧泵闸枢纽在其泵、闸单独运行时,下游出水流态会因为水流向另外一侧扩散而导致水流不均,对下游的通航以及消能防冲不利。为了改善这一问题,提出了调整泵闸隔墙长度,设置高低尾坎与增设导流墩的整流措施。试验结果表明:缩短泵闸隔墙长度,有利于出闸水流提前向泵站侧扩散,高低尾坎与导流墩的设置进一步均化了闸下出流的流速分布,降低了出水口断面的最大垂线流速,有助于下游河道的防冲防刷和通航。     

三道湾水电站正常溢洪洞及泄洪排

试验表明，三道湾水电站原设计存在以下问题：泄洪排沙洞单独全开运行工况下，其进口上方存在贯通性吸气漏斗漩涡；正常溢洪洞进口侧收缩十分严重，泄流量不足，闸后存在水翅、折冲波等不良流态，下游消能效果不佳；针对实际情况，试验通过在泄洪排沙洞进口增设消涡格栅，在正常溢洪洞进口设置椭圆形导墙、延长闸后收缩段，下游采用扩散挑流消能等措施，很好地解决了上述问题。     

桥墩布置形式对桥墩绕流及局部流场的影响

应用MIKE21软件模拟分析了不同桥墩布置形式斜交桥对河道局部流场的影响.模拟结果表明:单线斜交桥对水流有明显阻水影响,双线斜交桥对水流的阻水影响,并不是简单叠加;下游桥桥墩与上游桥桥墩对孔布置且桥墩相距较近,下游桥桥墩受上游桥桥墩的遮蔽作用,其阻水影响被削弱,对水流的消能和流速再分配有一定作用;下游桥桥墩与水流方向夹角的改变,除使桥墩附近局部区域水流流态变化明显,并随着角度增加影响增大、其他区域变化值相差不大,不存在单调关系;圆端形桥墩应尽量采用顺水流布置,非顺水流布置时,如果对桥墩附近局部区域水流流态的影响较大,可通过开挖拓宽桥址处河道,降低河道单宽流量,增加河道过流面积的方法改善.     

阳江核电水库溢洪道消能试验研究

阳江核电水库溢洪道上、下游落差大，受地形条件的限制，一、二级消力池之间由两段弯道组成，弯道内产生折冲水流和偏流，流态较复杂。本文对阳江核电水库溢洪道工程方案进行试验研究，将溢洪道闸墩改为宽尾墩，并在一级陡槽段槽面加设阶梯跌坎，再抬高二级陡槽段堰顶高程，使弯道调整段水深加大等，改善了溢洪道运行流态，妥善地解决了溢洪道泄流与下游河道水流衔接的问题。     

水力条件对丁坝附近污染扩散影响的示踪试验

含丁坝河流中水流流速、水位高度及河道底坡比等水力条件的变化会对丁坝周围水体中污染扩散过程产生较大影响.通过一系列改变水流流速、水位高度及水槽底坡比等水力条件的水槽试验,获得不同水力条件下丁坝附近水流流动特性及示踪剂质量浓度分布的变化规律:水流流速增大时,丁坝下游回流区的范围会变小但变化并不明显;水位升高时丁坝下游回流区范围仅随水位升高而变深,回流区长度和宽度没有明显变化;水槽底坡比改变对回流区范围的大4、影响比较大,水槽底坡比越大丁坝所产生的回流区的范围也越变大.     

泵闸结构流场的水力特性

为了提高泵闸工程工作的稳定性和高效性,采用计算流体动力学方法,以设计参数作为控制条件,运用Fluent软件对某泵闸工程进行了数值模拟计算和分析,并对闸门附近的结构进行了优化.结合河道过流特点,建立了断面有效过流面积率和过流均匀度两个表示过流断面水流流态的公式,并以此作为数值模拟优化的目标函数,对泵闸结构进行了优化.通过数值模拟,分析了引、排水工况下的水流及流场分布规律,分析了实际闸门附近的水流动特性和过流情况,分析了内河侧＂S＂形转弯对工程水流的影响.通过整体水工模型试验,对改造后的消能设施进行了论证.结果表明,改造后的内外河最大流速均小于0.6~0.8 m/s,且河道的有效过流面积率和过流均匀度均大于0.75.     

泵站前池与进水池整流数值模拟

针对田山一级泵站采用闸门控制前池与进水池水位形成了闸下射流的引水特点,提出了改善前池与进水池水流流态的整流工程措施.采用雷诺时均N-S方程,结合标准k-ε湍流模型,对整流前后的前池与进水池水流流态进行了数值模拟,计算中不考虑泥沙对水流运动的影响.结果表明,采用非连续底坎、非连续挑流坎与压水板等3种整流措施相结合的方式后,前池与进水池的闸底射流长度明显变短,表面回流基本消失,断面流速分布趋于均匀,且前池与进水池底部及水泵进口附近的流速明显减小.现场试验也表明,在实施整流措施后,在两种运行工况下,泵站装置效率分别提高了1.82%和5.96%,机组振动幅度分别下降了21和52μm,且池内泥沙淤积基本消除.     

强潮河口排涝闸下游双丁坝防冲减淤措施研究

在综合分析钱塘江河口北岸水泥沙运动特性的基础上，提出在强潮河口排涝闸下游利用双丁坝进行防冲减瘀的方案，并利用水流数学模型模拟分析了水同布置方案工程前后水流特性、闸下游水流流态、丁坝间流速变化、排水出流与附近边滩水流相互作用情况，推断出丁坝附近的冲淤情况，从而为闸下游选择适合的河宽（丁坝间距）和丁坝长工提供依据。     

基于Star CCM+的闸站上游流道方案设计与数值模拟

为了研究上游流道流态对闸站运行的影响,以一大型闸站为研究对象,基于Star CCM+软件进行了闸站上游流道数值模拟,发现由于流道不对称、过流断面面积变化等原因,在泵站运行模式下进水流道内存在多个较大的旋涡,导致水泵进口速度均匀度分布较差.针对进水流道中的不良流态,对上游流道中有无进口射流扩散角和射流扩散角的大小、流道曲率型线、有无导流栅及导流栅的长度等因素进行了方案设计和水力性能对比分析.研究结果表明:前池较小的流道扩散角可以使流道内旋涡明显改善,当有射流扩散角且扩散角为10°时水泵进口速度偏流角最小,入流最集中;流道型线改为直线段并适当延长可以使流道内流线更加光顺;适当延长导流栅长度可以改善流道前端的死水旋涡区,但导流栅同时会使泵进口条件变差,主流内旋涡扩大.     

水力条件对丁坝附近污染扩散影响

含丁坝河流中水流流速、水位高度及河道底坡比等水力条件的变化会对丁坝周围水体中污染扩散过程产生较大影响。通过一系列改变水流流速、水位高度及水槽底坡比等水力条件的水槽试验,获得不同水力条件下丁坝附近水流流动特性及示踪剂质量浓度分布的变化规律：水流流速增大时,丁坝下游回流区的范围会变小但变化并不明显;水位升高时丁坝下游回流区范围仅随水位升高而变深,回流区长度和宽度没有明显变化;水槽底坡比改变对回流区范围的大小影响比较大,水槽底坡比越大丁坝所产生的回流区的范围也越变大。     

浙江省曹娥江大闸水力特性试验研

通过对整体水工模型和断面水工模型试验以及二维数学模型计算分析，对曹娥江大闸的排涝能力、水流流态、流速分布、闸下消能、闸下局部冲刷、导流堤方案等几个水力学问题进行了系统研究，验证和优化了设计。     

杭州八堡泵站斜式泵装置流道水力优化

为保证杭州八堡泵站斜式泵装置的安全、稳定和高效运行,运用三维湍流数值模拟方法对该站斜式进、出水流道进行了水力优化设计研究.基于流道三维流场数值计算结果,揭示了进水流道高度和泵轴倾角分别对斜式进水流道水力性能的影响规律,揭示了出水流道平面扩散角和泵轴倾角分别对斜式出水流道水力性能的影响规律.结果表明:斜式进水流道高度愈大流道水力性能愈好,泵轴倾角愈小流道水力性能愈好;斜式进水流道转向角度愈小,水流受离心力影响愈小,愈有利于水流流动调整;斜式出水流道扩散角愈小流道水力性能愈好,泵轴倾角愈大流道水力性能愈好;受螺旋状的水流和急剧转向的“S”形弯曲流道的共同影响,斜式出水流道内不可避免地存在不对称旋涡;综合考虑八堡泵站流道水力性能、土建工程量、闸门提升高度和水泵机组安装检修难度等多方面的因素,确定该站斜式泵装置的泵轴倾角为20°.     

泵闸结构流场的水力特性

为了提高泵闸工程工作的稳定性和高效性,采用计算流体动力学方法,以设计参数作为控制条件,运用Fluent软件对某泵闸工程进行了数值模拟计算和分析,并对闸门附近的结构进行了优化.结合河道过流特点,建立了断面有效过流面积率和过流均匀度两个表示过流断面水流流态的公式,并以此作为数值模拟优化的目标函数,对泵闸结构进行了优化.通过数值模拟,分析了引、排水工况下的水流及流场分布规律,分析了实际闸门附近的水流动特性和过流情况,分析了内河侧"S"形转弯对工程水流的影响.通过整体水工模型试验,对改造后的消能设施进行了论证.结果表明,改造后的内外河最大流速均小于0.6~0.8 m/s,且河道的有效过流面积率和过流均匀度均大于0.75.     

减小水面横比降的新型弯道——反超高渠底弯道研究

在实际工程布置时,因受地形条件等限制,急流弯道往往难以避免,其水流流态异常复杂.因此弯道急流的改善问题是实际工程中需要解决的具体问题.针对如何降低弯道急流水面横比降,改善水流流态等问题进行研究.提出了一种凸岸渠底升高、凹岸渠底降低的"反超高"渠底型弯道,简称"反超高渠底弯道".给出了这种弯道的水力设计方法,并进行了试验研究.结果表明,"反超高渠底弯道"对改善弯道水流表面横比降具有明显效果.     

高含沙水泵站侧向进水前池试验与分析

泵站前池扩散段较短,来流进入前池后,水流难以均匀扩散,易形成回流、旋涡等不良水流态,从而影响水泵效率,造成能源浪费。通过水工模型试验,观测多泥沙河流引水工程泵站"紧缩式"侧向进流前池不同水沙条件、不同工况下泵站进口流态、流速分布、前池的淤积形态。相同条件下前池宽度越大水流流态越好,前池宽度为3 m时,水面波动范围-0.3～0.3 m,局部有非贯通表面回流漩涡,最大直径0.5 m左右;在相同水沙条件下,前池宽度与淤积量表现出正相关的关系。结合试验结果,提出改善前池流态、提高泵站效率、降低泥沙淤积的泵站"紧缩式"侧向进流的优化体型,为设计单位进一步优化比选提供了借鉴。     

水电站沉沙池沉沙工况水力特性研究

结合国外某水电站工程,通过物理模型对水电站引水沉沙池的水力学特性进行试验研究,通过试验资料深入分析了沉沙池内水流的流态特征,流速分布等水力特性,并通过在沉沙池工作段首部加设整流栅,对入池水流进行调节,使沉沙池内水流流场分布均匀,使调节后的流场分布更利于泥沙的沉降,研究成果为工程设计提供了重要的技术支撑。     

山区河道护坦式消能工的试验对比研究

山区闸坝由于河道比降大,汛期泥沙含量高,设计一般采用护坦形式与下游河道衔接。依托某水电站的物理模型试验,对比研究了闸后反弧护坦和直线斜坡护坦两种衔接形式。从水流流态、流场分布和下游河床冲刷等方面进行对比,结果表明,反弧护坦在水流流态和下游冲刷方面明显优于直线斜坡护坦,具体为消除护坦左侧回流,最大冲刷深度减少38%;但在下游低水位时两岸的岸边流速较直线斜坡护坦大,其中右岸岸边流速平均增加12.5%。综合考虑,若两岸山体较为完整,采用反弧护坦可取得较好的工程效果。     

基于CFD的导流墩几何参数对闸站合建枢纽通航水流条件的影响研究

闸站合建枢纽通航时容易在导流墩附近出现复杂水流现象。【目的】改善导流墩墩头前的斜流、偏流以及面层横向速度和轴向速度大的问题。【方法】基于计算流体力学(CFD)对某闸站合建枢纽节制闸通航水流条件进行数值模拟,研究分析了导流墩长度、开孔与否、开孔宽度、相邻孔口中心间距及开孔高度等参数对闸站合建枢纽通航水流条件的影响。【结果】综合考虑导流墩前横向流速、轴向流速及斜流面积,采用单因素递进分析表明,随着导流墩长度增加,导流墩前流速和斜流面积先减小后增大;当开孔宽度增加到4.5 m时,墩头前流速进一步减小,大于4.5 m时,墩头前流态恶化;随着开孔中心间距的增加,导流墩前流速呈现先减小后增大的趋势,孔口中心间距为6.25 m时,流态较优;当开孔高度增加到3.8 m时,墩头前流速和斜流面积进一步减小,大于3.8 m时,墩头前流速和斜流面积随之增大。【结论】通航水流条件的优劣受导流墩结构影响显著,导流墩开孔能够减小墩头前水流面层横向和轴向速度及斜流面积,提高通航安全性。导流墩最优开孔方案为:导流墩长度25 m、开孔宽度4.5 m、相邻孔口中心间距6.25 m、开孔高度3.8 m,相应墩头前水流横向和轴向速度及斜流面积分别为0.25 m/s、0.75 m/s、12.56 m~2。     

田间一字闸消能形式及抗冻方案试验研究

为了进一步探讨一字闸下游的最佳消能形式和一字闸最佳抗冻方案，在一字闸水力特性试验研究的基础上，根据一字闸水流特点，提出4种底流消能工进行对比试验。通过对水流流态、流速分布、消能率等因素的综合分析，认为对渠系建筑物中的小型一字闸，宜选取挖深式消力池做消能工。通过对5种防冻方案的试验研究，提出了聚苯乙烯板保温法为最佳方法。