台阶式溢洪道消能规律

为探讨台阶式溢洪道消能特性及水流的紊乱特性规律,将台阶式溢洪道与对应光滑溢洪道对比研究,通过试验数据计算出台阶式溢洪道消能率、阶顶断面弗劳德数,试算求出对应光滑溢洪道水力参数,用台阶式溢洪道消能率减去对应光滑溢洪道消能率得到相对消能率,光滑溢洪道断面弗劳德数减去对应台阶式溢洪道阶顶断面弗劳德数得到相对弗劳德数.两水力参数反映了台阶式溢洪道相对光滑溢洪道对消杀能量大小及水流紊乱剧烈程度.通过对26.57°,32.01°,33.69°,38.66°,51.3°这5组不同坡度,1.43~6.67 cm台阶高度的21组模型试验研究,探讨了相对消能率和相对弗劳德数之间关系,结果表明相对弗劳德数和相对消能率沿程呈线性关系,相关系数为0.993 7~0.999 5.且相同相对弗劳德数,单宽流量大对应相对消能率也大;台阶高度变化对直线关系影响很小;坡度对直线关系影响复杂,较小坡度同一单宽流量,坡度越大相对消能率越小,坡度较大时同一单宽流量,坡度大对应相对消能率大.相对消能率和相对弗劳德数的直线规律体现出台阶式溢洪道独特的水力特性,为探究其消能机理提供了重要依据.     

外凸型阶梯陡槽段水力特性试验研究

溢洪道陡槽段设置不连续的外凸型阶梯之后,可明显降低陡槽段流速,增大泄流的消能率,简化其下游消能设施。在水力模型试验的基础上,对陡坡段坡度1∶1和1∶1.5的外凸型阶梯陡槽段泄流流态进行观察和测试,对这两种坡度的外凸型阶梯陡槽段应用条件进行分析,提出了坡度为1∶1.5的外凸型阶梯陡槽段泄流水面掺气断面位置和水深的计算方法。应用本文成果和结合前期的研究成果,可将外凸型阶梯陡槽段泄流水面掺气断面位置和水深计算的坡度范围由1∶2~1∶6扩展为1∶1.5~1∶6,并可进一步计算出相应坡度水面掺气断面下游掺气水流区段的沿程水深和消能率。     

华阳河水库溢洪道泄洪消能试验优化研究

采用1∶60水力学整体模型,针对华阳河水库溢洪道除险加固初步设计方案进行了相关水力学问题的试验研究,并开展了进一步改善溢洪道消能防冲效果方案的优化试验。研究成果表明:在基本满足溢洪道泄流能力情况下,为改善原设计方案在2级消力池内水流流态紊乱,消能效果差的情况,经多方案比选论证,建议在2级消力池内布置系列消能墩,实现消能率达69.9%以上,且增加工程投资不多。优化后的2级消力池体型已经运用到工程设计中。     

溢洪道消能问题及水工模型试验方法研究

溢洪道是保证水库泄洪能力的重要设施,因其泄下的高速水流具有很强的冲击力,所以其消能问题备受关注。介绍目前工程中常用的几种消能方法,阐述利用水工模型进行试验研究的理论基础,以期为溢洪道消能问题的研究提供参考。     

土石坝坝体溢洪道泄槽水面线若干

通过试验研究对土石坝坝体溢洪道采用曲线型堰的泄槽水面线起算水深进行了观测，发现圆弧曲线堰及翼型堰的起算水深均小于0.7倍临界水深hk。 利用已有的试验资料分析了泄槽设置掺气挑坎后对水面线产生的扰动影响。分析结果表明,由于掺气挑坎对水流的扰动和挑流作用 ，使得泄槽内的水深增大；掺气挑坎对水面线的影响程度与流速、掺气挑坎的体型等因素有关；当泄槽内设置多道掺气槽时，上一级掺气挑坎的体型对下一级掺气挑坎处的水深也有一定的影响。     

L型侧槽溢洪道进口段水力特性试验及三维数值模拟研究

侧槽溢洪道被广泛运行于水利工程,但由于受场地、投资等限制,部分工程采用正堰与侧堰相结合的L型布置,导致槽内水流结构更加复杂。以景宁某工程溢洪道为例,采用Flow3D三维仿真软件模拟了L型侧槽溢洪道进口段的水流结构,并结合水工模型试验,对槽内的水流流态、流速分布、水面线、压强和消能率等水力特性参数进行了对比分析。结果显示L型溢洪道侧槽内正、侧堰两股水流相互作用后,可有效提高过流能力,降低侧槽内水位,增加消能率;其次,数值模拟计算结果与水工模型试验基本吻合,进一步表明三维数值模拟在研究复杂水流结构时的可行性,成果可为类似工程的研究提供参考。     

冲沙底孔突跌与突扩+突跌体形掺气效果对比试验研究

通过水工模型试验研究,对阿海工程左泄洪冲沙底孔采用跌坎式掺气,从流态、底、侧空腔长度、掺气浓度、压力等方面,比较了突扩、明槽坡度等因素对掺气效果的影响。试验结果表明,采用突扩+突跌式通气减蚀与突跌情况下相比,掺气效果更加明显;随着明槽底坡坡度的增大,掺气底、侧空腔长度、掺气浓度值亦随之增大;采用突扩+突跌式掺气以及适当的明槽底坡,可以有效的增加掺气效果,从而减小发生空化、空蚀破坏的可能性。     

阶梯溢流坝水流数值模拟及消能分析

利用k-ε紊流模型模拟了带有曲线自由表面的阶梯溢流坝和非阶梯溢流坝的紊流流场,采用流体体积分数法(VOF法)来确定自由表面。通过数值模拟,得到了2种溢流坝水流的较为合理的速度场,比较了二者的消能效果。模拟结果表明,阶梯溢流坝消能效果更好,阶梯溢流坝的消能率比非阶梯溢流坝的消能率高约17%。     

小河水电站溢洪道体型优化试验研

小河水电站溢洪道试验泄流能力大于设计泄流能力，整体布置方案优化后泄流能力满足设计要求，并大大减小了工程量。针对溢流堰闸墩后产生的水冠以及出口消能段存在的问题，通过模型试验进行体型优化，取得了较为理想的成果。① 中墩由原来4.0m改成3.0m厚并在其后部以流线型尾墩相连接，基本消除了水冠，大大降低了冲击波高，泄槽水流稳定。② 经过窄缝式挑坎和斜切挑坎试验方案比较，斜切坎能够很好地适应溢洪道轴线与下游河道流态衔接，同时达到了消能和改善下游河道流态的目的。     

蒿枝坝水库工程溢洪道侧堰水工模

结合蒿枝坝中型水库除险加固工程侧堰溢洪道水工模型试验研究，对侧堰溢洪道的泄流能力、堰面压力、水流流态、水面线等水力学特性进行了观测分析，比较了加大侧槽底坡与堰后加斜坡试验方案和加大侧槽底坡与侧槽左、右边加斜坡试验方案，推荐出堰后加斜坡试验方案，使流道内水深分布趋于均匀，过流能力得到提高。     

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。     

溢洪道水流消能研究

溢洪道是广泛应用于水利枢纽工程中的一种泄水建筑物。若泄洪消能问题处理不好,不仅会冲刷下游河床,还会影响枢纽工程中其他建筑物的正常运行。阐述溢洪道的水流特性和泄洪消能的形式,介绍与分析国内外对泄洪消能问题的研究现状,以期为溢洪道泄洪消能的进一步研究提供参考。     

泸定水电站2号泄洪洞事故闸门设计研究

就泸定水电站2号泄洪洞事故闸门的结构设计、启闭机形式及容量的选择、门槽体型及动水闭门特性等问题进行论述。通过技术、经济等多方面综合比较分析,事故闸门采用上游止水、滚子轴承定轮支承、利用加重闭门的平面定轮闸门。该研究成果可供类似工程设计参考。     

溪洛渡水电站无压泄洪洞衬砌混凝土秋季施工温控方案优选

为研究溪洛渡水电站无压泄洪洞秋季施工的温控防裂问题,运用三维有限元法模拟施工过程与温控措施,通过改变混凝土表面的热对流系数来模拟洒水、流水养护的影响,采用直接法模拟冷却水管的作用。运用ANSYS软件对1.0m厚衬砌混凝土秋季施工的5种工况,包括基本工况、基本工况加洒水养护、恒温流水养护、加洒水及恒温流水养护、无通水冷却,进行了仿真计算。通过比较相应工况中特定断面的表面点在不同时间的温度应力值和抗裂安全系数,得出结论:洒水能够有效降低拉应力;常温流水会加大内表温差;通水冷却有效降低最高温度,但应力改善效果不明显。秋季浇筑混凝土,早期宜洒水和通水冷却,后期恒温流水养护,这样能够有效避免温度裂缝的产生。     

反弧段体型对高流速泄洪洞水力特性的影响

利用流体仿真软件FLUENT对高水头明流泄洪洞不同体型反弧段的水流流场进行三维数值模拟,获取了流速、压强、切应力等水流运动参数的沿程分布。结果表明:不同形式的反弧段,沿程水头损失差别很小;反弧段的曲率半径越小,底板压强越大,同时在反弧段始、末断面附近的压强梯度也大;各种类型的反弧段底板剪应力基本呈沿程增大的趋势,但前半部和后半部底板切应力的变化规律不同。综合考虑反弧段流速、底板压强、底板切应力的沿程分布情况,采用下过渡曲线形式的反弧段体型可以减小反弧段与下斜坡段连接部位的压强梯度和切应力,相对于文中提到的其他体型的反弧段,空蚀风险最小。     

电磁阀阶梯减压控制方法

为实现电磁阀减压过程的精确控制,提出阶梯减压控制方法,并对控制参数进行了试验标定。通过对电磁阀阀芯受力与电磁阀液压响应特性分析,指出可通过调节电磁阀压力控制状态和控制信号状态持续时间得到不同的压力变化率,为阶梯减压控制实现提供依据。电磁阀压力控制状态采用延迟开闭控制方法。电磁阀控制信号状态持续时间受压力变化速率和开关延迟现象的影响,其中影响压力变化速率的阀口流量系数,影响开关延迟现象的开启延迟时间与关闭延迟时间通过试验标定。借助试验台架,对电磁阀不同速率的压力变化试验进行测试,结果表明所提出的阶梯减压控制方法能够很好地跟随目标压力,试验偏差可以维持在1 MPa以内,控制精度高。