同比例改变过渡台阶尺寸对联合消能工水力特性影响研究

联合消能工水力特性的研究对改善高速水流冲蚀以及空蚀空化等问题具有实际的指导意义,然而数值模拟比物理模型更省时省费用的同时,对阶梯流流坝面的空化、空蚀问题很难进行模拟。为了进一步完善联合消能工,结合阿海电站水工模型对同比例改变过渡台阶尺寸的Y型宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池联合消能工进行了实验研究。实验研究发现,单个台阶长度以及台阶处与空气接触面积不同时,单位空腔面积越大,平均掺气浓度亦逐渐增大,掺气越充分。各实验方案沿程时均压强总体变化基本一致。同比例增大过渡台阶尺寸(方案三、方案四)有利于水流能量的耗散、减小高速水流对反弧段的冲刷。同比例扩大过渡台阶尺寸(方案四)可以有效地进一步降低台阶壁面发生空蚀破坏的风险。在同比例改变过渡台阶尺寸时,也要考虑过渡台阶与WES曲线相衔接处尺寸变化,不宜采用尺寸过小的台阶与之相衔接。控制其他变量相同时,同比例扩大过渡台阶尺寸(方案四)优于其他实验方案,对整体联合消能方式中掺气状况、对减小反弧段的冲刷、降低台阶面空蚀空化影响等方面均有积极作用。     

阶梯凸起数量对一体化消能工水力特性的影响

基于阿海水电站5孔溢流表孔,在掺气坎高度1 m、角度10°的条件下,对Y型宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化消能工进行阶梯凸起数量分别为0,1,2,3的4种过渡阶梯进行水工模型试验,分别从水流流态、消力池水面线、近底流速、负压、时均压强以及消能率等多个水力特性进行研究.研究结果表明,近底流速随着可掺气空腔体积的增大而减小,随着阶梯凸起数量的减少而增大,在二者相互作用下,各方案流速在消力池末端达到最小,其中方案2流速最小,为22.23 m/s;由于可掺气空腔体积和凸起型阶梯的数量的共同影响,方案2的负压最小,达-33.66kPa;方案1,2,3,4的消能率依次为59.56%,61.06%,60.37%,59.99%.方案2的消能率最高.     

跌扩型底流消能工水力特性的试验研究

通过水力学模型试验,对跌扩型底流消能工的水流流态、时均动水压力分布、临底流速及近壁流速进行了分析,研究结果表明,在跌扩型底流消能工中,选择合适的突扩比,能有效降低消力池内底板和边墙的水力学指标;且通过建立消力池内水流运动的动量方程,推导出跌扩型底流消能工突扩比的计算公式,并得到试验验证,为跌扩型底流消能工的体型设计提供了依据。     

齿墩状内消能工的消能及压力特性

输水管道或泄洪洞常见的内消能方式为孔板和洞塞,结合明渠水流中的消能工形式提出了齿墩状内消能工,并通过物理模型试验对不同面积收缩比的齿墩状内消能工进行了研究,分析了它们的过流能力、消能率、压强沿程变化及脉动压强特性.结果表明:齿墩状内消能工的过流能力主要是由消能工的体型及尺寸决定的,其面积收缩比越大,消能率越低,过流能力就越强;齿墩状内消能工的时均压强在收缩段骤降,在其后部逐渐上升,而后恢复至稳定,其恢复长度基本相同;齿墩状内消能工的脉动压强最大点均出现在收缩段后1倍圆管直径范围内,随后迅速减小,逐渐趋于平稳;面积收缩比为0.471 2的齿墩状消能工的脉动强度最小,因而其抗空化性能优于其他情况,且脉动压强最大点的压强概率密度分布接近正态分布.     

水利工程溢洪道底流消能水力特性分析

合理地选择溢洪道建筑物消能型式,是关系到整个水利工程安全与经济的重要问题.通过溢洪道设计规范进行消能方式水力学计算,结合物理模型试验对传统底流消能与跌坎型底流消能水力特性进行了对比分析,结果表明：传统底流消能在校核洪水下泄流量时,底流消能方水流进入消力池后产生一定程度的远驱式水跃,消力池消能主要位于消力池后部,消力池后部及出口水面壅高较大,且波动剧烈,没有形成相对稳定的消能水体,消力池消能效果不佳,需要增加消力池长度;跌坎型底流消能消力池底板高程降低1 m时,临底流速较底流消能得到大幅度降低,池内水流扩散充分,剪切明显,消力池后段形成了稳定的水体,消能效果良好,出水渠内水流流态得到改善,难以对消力池产生冲刷破坏.跌坎型底流消能空化数增大降低了空蚀发生概率,可避免消力池产生空蚀破坏,最大水跃位置向前移动7 m,水流不会冲击底板和尾坎,水流垂直溅起,因此消力池内流态稳定,雾化影响较小,其具有适应性强,消能效率高、流态稳定等优点.     

T型墩联合消力戽消能工的应用

坝上水电站大坝溢洪道由于受特殊的地形地质限制，以及大流量、弱水跃、坝后式电站枢纽布置紧凑等问题，使大坝泄洪消能设计复杂。经分析计算及水工模型试验，设置了T型墩+消力戽联合消能工。经五年多的运行泄洪消能验证，戽内消能充分，下游河床及两岸均未发现明显冲刷，证明了T型墩+消力戽联合消能工对低弗氏数的中低坝的消能效果是比较理想的。     

不同安放角度对污水搅拌器水力特性的影响

为深入对比污水处理池中搅拌器不同安放角度对其水力特性的影响,文中基于Fluent对搅拌器在不同安放角度下的水力特性进行数值模拟,得出适合搅拌器工作的较优工况.利用标准k-ε湍流模型及SIMPLEC算法对不同工况进行模拟,对比相应的流速分布和搅拌器中心所在平面的速度分量.结果表明:当搅拌器安放角度为-15°时,处理池内平...     

掺气坎组合首级台阶对阶梯溢流坝面的影响

为了避免阶梯溢洪道中前几级阶梯表面发生空蚀破坏,在对阶梯溢洪道的设计中加入掺气坎,形成前置掺气坎式阶梯溢洪道.通过对Y型宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池的联合消能工过渡阶梯首级台阶台面取4个角度、前置掺气坎取2个角度共8种组合工况分别进行水工模型试验,改变水库流量,从空腔长度、水面线、负压、底板时均压力、消能率等方面,寻找改善水力特性的过渡台阶衔接体型.结果表明:掺气空腔随着首级阶梯台面角和掺气坎增大,与阶梯坝面分离空间更大,水流挑射更高,空腔更长且工况2的空腔长度均大于工况1的空腔长度;随着掺气坎和首级阶梯台面角增大,溢流坝阶梯面最大负压绝对值减小;消力池底板压力和水面线变化不大,消能率增大.在8个方案中,前置掺气坎角度为10°、首级阶梯台面角度0°时的方案5最优.     

辅助消能工联合运用试验研究及数值模拟

通过新疆迪那河五一水库溢洪洞梯形墩消力池物理模型试验,对其梯形墩消力池消能结构形式进行了优化,提出采用悬栅—梯形墩联合运用的综合式消力池,解决了在校核流量下,消力池内单独设置梯形墩水流溢出池外,不能形成淹没水跃的问题.在不同流量下,对悬栅高度进行合理性验证.利用流体力学计算软件FLUENT,得到了悬栅—梯形墩消力池内详细的流场,对悬栅的体型及布置提出具体修改意见,为辅助消能工的结构设计和其他同类工程优化消力池提供参考.     

沙沱水电站宽尾墩联合消能工的应

针对沙沱水电站泄洪量大﹑堰上水头高﹑单宽流量大的特点,分析了“宽尾墩+台阶坝面+戽式消力池”联合消能工的水力特性,通过模型试验对其消能效果进行了观测研究。试验结果表明：该消能方案在典型工况下消能充分,出池水流衔接平稳,下游河床无明显冲坑,满足通航要求,它既保持了大流量时宽尾墩的泄洪消能特点,又兼顾了台阶坝面小流量时的消能优势,并且采用台阶坝面使碾压混凝土一次成型,减少了工程量,缩短了工期,节省了工程投资。     

消能坎水力计算的可靠性分析

为了消除传统消能坎水力计算方法的不足，根据可靠性理论对消能坎的水力计算进行了研究，其水力计算准则是泄水建筑物下游形成低淹没度水跃。利用低淹没度水跃保证率的概念，使用一次二阶矩计算方法，对消能坎的水力计算提出了简单可行的方法。改进了传统的确定性设计。     

沙沱水电站宽尾墩联合消能工的应用研究

针对沙沱水电站泄洪量大、堰上水头高、单宽流量大的特点,分析了“宽尾墩＋台阶坝面＋戽式消力池”联合消能工的水力特性,通过模型试验对其消能效果进行了观测研究。试验结果表明：该消能方案在典型工况下消能充分,出池水流衔接平稳,下游河床无明显冲坑,满足通航要求,它既保持了大流量时宽尾墩的泄洪消能特点,又兼顾了台阶坝面小流量时的消能优势,并且采用台阶坝面使碾压混凝土一次成型,减少了工程量,缩短了工期,节省了工程投资。     

跌扩型底流消能工坎后立轴漩涡水力特性分析

跌扩型底流消能工坎后立轴漩涡直接影响消力池内的水力学指标。采用水力学试验方法,对跌扩型底流消能工坎后立轴漩涡水力特性进行初步研究。详细分析了立轴漩涡的运动形式以及运动区域的变化,并对漩涡与底板和边墙切点处流速的变化、漩涡区相对于消力池整体压力的变化情况进行了研究。经试验知,立轴漩涡对消力池内水力学指标影响较大。     

薄山水库输水道消能工气蚀研究

河南省薄山水库输水道出口消力塘采用四级消能工进行消能。 由于高速水流产生的气蚀破坏,消能工遭到严重破坏。为解决此问题,进行了水工模型实验。根据实验资料,决定采用坡顶墩替代原三角形分水墩。经运行多年,消能情况良好。另外,对气蚀破坏的原因及处理改善措施作了比较完整的论述,并对高速水流消能工的设计及运行管理提出了一些建议。     

若干水库泄洪建筑物消能工的体型

通过对广东省老炉下水库溢流坝窄缝式挑坎体型、虎局水库溢洪道扩建工程消能工、惠州抽水蓄能电站下库溢洪道能工及杨溪水三级水电站溢流坝肖能工等4座水库泄洪工程消能工试验研究成果的总结，提示了泄水建设物消能工水流消能机理，优化了消能工的体型和尺寸。     

台江电站戽面流消能的水力设计

提出了适用于低佛氏数大流量水流的戽面流消能方式，为类似工程的消能提供了新的设计思路。并通过模型试验验证，设计计算成果与试验结果相符合，认为本工程中采用戽面流消能方式具有明显的经济性、实用性、合理性。     

泵站进水流槽中的消能整流工

轴流泵站进水流糟的流态问题,在某些泵站已影响到了水泵的安全运行,并造成了严重后果。本文对进水流槽的消能、整流问题进行了设计试验研究,提出了有效的工程措施,其试验范围的佛汝德数为5.5～0.1。实践表明,这是一种经济、可靠、易行的措施,不仅用于泵站进水流槽的技术改造,而且可用于新建泵站及其它水利工程的消能整流,从而缩小建筑物尺寸。     

老挝南果河水电站阶梯式消能工的试验研究

老挝南果河水电站压力前池溢水道采用阶梯式消能工布置型式,为论证设计的合理性,进行了水工模型试验。试验研究表明,消能工陡槽做成阶梯式后,由于阶梯溢流面水流掺气,改善了泄流流态,消能效果非常显著,从而简化了下游消能防冲设施,节约了投资,且大大降低了空化危险性。     

基于正交设计的糙条消能工评价方法

在新疆635溢洪道整治工程研究的基础上,基于正交设计原理,对溢洪道布置糙条消能工进行6因素3水平的正交试验,试验测得18种组合典型断面的瞬时流速和水深;通过对弯道微元化处理的方法,建立了质量离散系数C_m模型,并结合消能率η对试验结果进行了极差分析;考虑到建立导流效果评价方法的普适性,定义量纲一因子R_d和R_s,对布置参数与工程参数之间的相关性做了进一步分析.结果表明:质量离散系数C_m能够客观地反映糙条消能工的导流效果;就C_m指标影响程度而言,工程参数较布置参数的影响程度占主导地位,在实际工程中,工程参数的确定应充分考虑水流形态;由于R_d和R_s均是量纲一参数,因此在一般整流工程导流效果的评价方法上具有普适性.