深水短洞泄水底孔突变水流特性及对策研究

较多高坝的泄水底孔采用深水短洞有压进水口型式,选用偏心铰弧门及相应的突扩突跌衔接布置,突扩跌坎体型突变,水流条件复杂,其水力特性是影响底孔安全运行的重要因素.本文结合Souapiti水电站泄流底孔单体模型试验,对短洞有压进口底孔突扩突跌水力学特性及对策进行了较全面研究.得出了底孔流量系数在0.88～0.9范围内、突扩跌...     

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。     

设有掺气分流墩的溢流表孔优化试验

针对高山峡谷地区建坝存在单宽流量大、消能范围小、布置困难等问题,结合亚碧罗水电站中的4个高低位溢流表孔,采用模型试验研究的方法,对建筑物的出口段挑流型式进行了整体优化,并对设有掺气分流墩的低位溢流表孔进行了试验。结果表明,高位表孔和低位表孔分别采用窄缝挑坎和掺气分流墩有效解决了消能区域集中的问题;低位表孔出口的四面体优化墩可保持挑射水流的连续且横向扩散充分;溢流表孔直线段设置的掺气设施运行良好;反弧段压力变化符合自由表面凹曲面上水流的压力分布规律,脉动压强的优势频率在0.033～0.201 Hz之间变化;反弧段局部部位的最小水流空化数为0.15,应从施工不平整度和运行方面加以控制。     

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。     

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。     

引黄滴灌斜管式重力沉沙池流场特性数值模拟

针对引黄灌区一种新型重力式沉沙池开展研究,这种沉沙池通过在沉沙池中布置斜管缩短泥沙沉降距离,进而提高沉沙池沉沙效率.基于数值模拟技术,利用Star-ccm+软件中的Realizable k-ε模型模拟了河套灌区斜管式重力沉沙池的水流运动过程.数值模拟计算结果与实测数据吻合良好,表明数值模拟计算的结果可以较好地反映斜管式重力沉沙池流场特性.模拟结果表明沉沙池斜管区域流态比较稳定,有利于泥沙稳定沉降;沉沙池首部与斜管区前部底端与后部顶端存在的旋涡区不利于泥沙的稳定沉降;池尾溢流堰的吸水作用影响了斜管区域的流态稳定,降低了泥沙沉降效率.研究表明,该型沉沙池下一步需要对调流板孔洞布置形式、斜管布置高度、溢流堰位置进行优化.     

导流兼泄洪洞泄流能力计算

泄洪系统是水库电站建筑物的重要组成部分,承担泄洪任务,一般由表孔及底孔组成,其最小结构尺寸由泄洪时的特征水位及所需要下泄的流量确定。本文针对有压导流兼泄洪洞（即底孔）进行水力学计算,有压洞泄流量由出口工作弧门控制,采用有压洞泄流公式计算确定出满足最大泄流要求所需要的最小结构尺寸,在此基础上,当出口工作弧门局部开启时,同时采用闸孔出流公式及有压洞泄流公式分别进行计算不同水位、开度及所对应的流量值,并将其与物理模型试验结果进行对比。分析表明在弧门局部开启时采用闸孔出流公式计算出的结果与模型试验结果一致性较好,其结果可以为类似工程水力学计算提供实践参考。     

高坝溢流边表孔体型优化研究

表孔溢流作为一种重要的泄水形式,两侧边墩绕流作用明显,存在翻墙溅水现象。为优化边表孔水面线及流态,建立了三维数学模型对溢流表孔泄流过程进行了精细模拟,计算结果与物理模型试验结果吻合较好。研究结果表明,边墩加厚能有效改善边表孔水面线和流态,加厚量值需根据具体工程试验确定;边墩加厚优化方案对边表孔泄流能力影响甚微。研究成果可为表孔的设计提供技术支持。     

峡谷区高拱坝射流入射水垫塘冲击压力特性的试验研究

表深孔下泄水流的横向收缩及垂向和纵向扩散效果显著,射流在空中相互交错、基本不发生碰撞;射流纵向拉伸明显,水垫塘强紊动剪切区增大,有效减轻了水垫塘底板冲击动压。同时,对4种不同流量比的表深孔射流进行研究表明,随着上下游射流流量比的逐渐增大,在不同的下游水位下底孔射流产生的最大冲击压力均相应减小。     

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。     

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%。     

龙抬头式泄洪洞安全监测指标分析

基于1∶40正态水工模型,运用RNG k-ε双方程湍流模型对设计与校核2种特征洪水位下小浪底水电站2^#龙抬头式泄洪洞衔接段流场水力特性进行数值模拟,求解了该泄洪洞泄流能力、流速分布、压强分布及空化数等水力特性.同时从空化数、流速、测压管水头及洞顶余幅等角度提出了龙抬头式泄洪洞安全监测指标,并构建了龙抬头式泄洪洞安全监测预警级别.研究结果表明:流量系数、流速及测压管水头模拟值与试验值吻合较好,说明采用数值模拟可较好地求解龙抬头式泄洪洞衔接段流场水力特性.龙抬头式泄洪洞的风险程度可划分为安全、低警、中警及高警等四级预警状态.影响龙抬头式泄洪洞安全运行的安全监测指标按照权重由大到小顺序依次为空化数、测压管水头、洞顶余幅及流速.研究结果将为龙抬头式泄洪洞的优化设计与安全施工提供一定的理论指导与技术支撑.     

台阶式溢洪道滑行水流的相对水头

为了研究台阶式溢洪道的消能特性,将台阶溢洪道与光滑溢洪道沿程的总水头进行对比,引入台阶式溢洪道相对水头的概念.通过3个工程的台阶式溢洪道模型试验,坡度为1 ∶2.0~1 ∶0.9,台阶高度为0.5~2.0 m,对影响相对水头的主要因素:流程长度、单宽流量、台阶高度、坡度等进行了研究.结果表明,在滑行水流条件下,台阶式溢洪道沿程相对水头小于0;相对水头与流程长度呈良好的线性关系,相关系数为0.998 3~0.999 8;相对水头与单宽流量无关,不同流量条件同一断面的相对水头基本相等,相对误差不超过4.5%,而台阶高度、溢洪道坡度对相对水头影响较大,台阶高度越高、坡度越大,相对水头绝对值越大.试验资料证实了相对水头具有良好的水力规律,便于应用分析,可为台阶溢洪道设计提供参考.     

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。     

微灌沉沙池在新疆兵团节水灌溉中的应用研究

微灌沉沙池是为了直接利用地表水资源作为微灌系统灌溉水源而提出的一种新型泥沙处理技术,在进水口加设调流墙、在溢流堰上沿水流方向设置溢流槽两个方面对传统沉沙池进行了改进。通过对微灌沉沙池在生产实际中的应用展开了研究,并在几个方面与传统沉沙池做了比较,结果表明,微灌沉沙池可以大大提高泥砂的沉淀效率,出池水流平均含砂量最大降幅可达95%,特别是对细颗粒泥沙的沉降具有很好的效果,使出池水流含沙量更小,具有广阔的应用前景,值得在更大范围内推广。     

高水头阶梯溢流坝掺气坎体型优化试验研究

针对阶梯溢流坝前端设置掺气坎,以提高坝面减蚀能力与坝体消能率的研究理论尚不成熟的现状,通过9组不同掺气坎的水工模型试验,采用极差与方差分析方法得出了掺气坎角度与高度对阶梯溢流坝联合消能方式水力特性的显著性影响.试验结果表明:与掺气坎高度相比坎角度对台阶面最大负压影响较大.掺气坎角度为11.3°,坎高度为1.0, 1.3 m时,台阶面最大负压最小,分别为-9.25 kPa, -8.56 kPa;掺气坎角度对影响反弧段时均压强的显著性不如掺气坎高度,而两者对消力池最小时均压强的显著性影响相差不大.当掺气坎角度为11.3°,高度为0.7, 1.0 m时,上游水流对下游的冲刷强度较小,水体掺气充分,反弧段最大时均压强分别为424.44, 431.73 kPa;根据坝体消能效果,掺气坎高度是影响阶梯溢流坝消能率的主要因素.根据各因素综合分析,推荐掺气坎角度为11.3°,高度为1.0 m时为最优坎型,其消能率为53.63%.     

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。     

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.     

改进直线型沉沙池在农业微灌中的运行效果

针对传统直线型沉沙池存在的泥沙去除率低、适应性弱和占地面积大等缺点,基于泥沙沉淀特性、水流特性和泥沙在池内的分布特征,对引流段和溢流堰进行改进;结合涡流排沙原理,在溢流堰后部设置涡流管,实现双重沉沙.通过搭建物理模型,测试沉沙池不同点位水流流速、泥沙粒径及质量分数,研究双重沉沙池泥沙沿程变化规律及沉沙率.结果表明:一重沉沙主要为推移质泥沙,沉淀量达到95%以上;二重沉沙主要为悬移质泥沙,相对于无溢流槽和涡管分别提高了12.70%和18.80%;系统总的沉沙率可达到96.88%以上,极大提高了池内泥沙的沉沙率,充分说明改进后的沉沙池对提高泥沙沉降效果的作用显著.研究结果可为微灌工程的大规模推广应用提供一定的技术支撑.     

温头口电站整体水工模型试验研究

阐述了温头口电站整体水工模型试验的主要内容和试验方法。通过水工模型试验，计算了溢洪道的泄流能力，校核了挡墙和泄槽边墙的设计高度，分析了坝体产生气蚀的可能性。提出了优化溢洪道进口的布置方案，并根据下游消能冲刷情况，建议对下游岸坡采取适当保护措施。研究成果对工程设计和其他模型试验均具有一定的借鉴意义。