格栅式底流消能工掺气浓度分布规律

格栅能够有效改善底流消能效果，减轻或者避免消力池底板发生空蚀破坏。通过水工模型试验，研究圆孔Γ形格栅不同开孔率下栅前、栅后掺气浓度变化。试验结果有以下3个方面。①消力池附壁射流区掺气浓度纵向沿程递减，格栅附近有突变；垂直轴线方向，掺气浓度中部大两侧小，峰值出现位置和入射水股主流位置正相关；竖直方向上，1/2水深以下栅前掺气浓度沿高度增加明显，栅后的变化则明显趋缓。②增设格栅后，消力池距离进口5和30 cm位置的栅前掺气浓度值陡增41.11%和26.82%（开孔率34%）；格栅开孔率由46%减小到22%，格栅上游侧（6#断面）掺气浓度由37.75%下降到20.32%，格栅下游侧（7#断面）掺气浓度由20.47%下降到8.78%。③增设格栅，栅后近底掺气浓度值（靠近边墙位置）最小也能达到6.06%，并且测点流速不大，意味着包括格栅在内的消力池结构不易发生空蚀破坏。      

非对称体边界下三维紊流模型的建立和验证

对于斜向进水、侧向泄水条件下的圆形消力井，基于井内水流紊动射流分区的半经验公式法，可以对淹没射流条件下的水股作用力进行机理分析，并推导得出射流沿程最大流速及冲击区井壁时均作用力表达式，但尚不能完全揭示其内部复杂的紊动水力特性。利用紊流理论的数值模拟可以更好地描述圆形消力井流场内部各处的时均流及紊动特性:根据区域形状特点，对流场的空间域和时间域进行剖分离散，由不规则边界紊流Navier-Stokes方程掺气影响统计演化建立了三维封闭可求解雷诺应力方程组。基于实际工程的数值分析成果表明，三维紊流模型可行有效，能够用于非对称体边界条件下的空间流场计算。      

扭切式鼻坎出坎水舌空间形态分析

针对狭窄弯曲型河道,泄水建筑物末端布置传统的连续式挑流鼻坎,出挑水流直冲对岸,既威胁岸坡安全、水舌也难以平顺归河。通过RNG k-ε紊流模型和Tru-VOF法,对扭切式挑流鼻坎出坎水舌及空间形态进行三维数值模拟。研究表明,扭切式鼻坎的大角度挑射使出挑水舌竖向拉开明显,左侧边墙的偏转能够保证出坎水流发生横向翻卷,使水舌落点导向右侧河床,在有效适应下游河谷地形变化的同时,能够减轻对下游河道的冲刷并改善雾化现象。模拟成果还表明,扭切式鼻坎出口附近最小空穴数σ=0.60,空蚀破坏不易发生。