高水头大泄量旋涡竖井式泄洪洞的设计研究

通过几座水电站的导流洞改建旋涡竖井式泄洪洞的试验研究，优化结构体型，改善流态，降低流速防止结空蚀，避免出口冲刷和雾化现象。使研究成果能满足高水头、大泄量泄洪洞的设计要求。文中主要对此型式泄洪洞提出设计原理和系统的设计方法，并根据自由旋涡理论和能量方程导出旋涡竖井泄流能力、合成速度以及壁面压力等水力学计算公式。     

冶勒水电站泄洪洞竖井消能设计

冶勒水电站放空、泄洪建筑物受地形地质条件所限布置困难．设计时采用了泄洪洞竖井消能．井与放空洞(兼作导流洞)结合，既节省了工程投资，又解决了工程难题．     

适合高山峡谷高坝泄流的涡流式竖井溢洪道

研究成果表明：竖井涡流消能工具有良好的水力特性和消能效果，消能率在５０％以上，当考虑到高水头大流量、高流速运行条件时，会受空化空蚀及流动失稳等问题的困扰，而修建涡流式竖井泄洪洞是解决了述难点的有效技术措施。因此，选用涡流式竖井溢洪道，不失为改建导流洞为泄洪洞或修建泄洪洞的较佳选择。     

旋流喇叭形竖井泄洪洞水力学机理及应用

改变传统的防漩消涡观念，研究出一种带有潜水起旋墩的新型喇叭形竖井泄洪洞，在各种水头下均能产生稳定的空腔旋转流运动，用以消除溢流堰和竖井的负压，避免发生空蚀，同时提高泄洪洞的消能率。潜水起旋墩同喇叭形堰外缘的切线成小角度连接，其旋流运动机理是，当水流漫溢堰顶时，开始产生旋转流，而当水深超过起旋墩顶时自动扩大入流角度和加大泄量，在底层旋流的拖曳下作同步强力旋转流运动。所提出的设计理论和试验研究成果已应用到广东清远抽水蓄能电站的竖井泄洪洞设计中。     

旋流式竖井泄洪洞消力井井深优化研究

旋流式竖井泄洪洞是导流洞改建为泄洪洞的一种有效方式，采用消力井衔接竖井与导流洞，具有体形简单、安全可靠等特点，但其体形对导流洞的水流流态有直接影响，最优化研究的重点之一。来此，在《小湾水电站大型导流洞改建泄洪洞研究》的基础上，针对小湾水电站水头高、流量大的泄洪特点，通过试验研究，对比分析了不同井深方案消力井底板冲击压强的分布特性和井深对消能率的影响，提出消力井的合理井深为竖井直径的0．7－1倍。     

公伯峡水电站右岸旋流泄洪洞选型研究

根据公伯峡水电站特定的水头和泄量,研究了公伯峡水电站导流洞改建成水平旋流泄洪洞和竖井旋流泄洪洞两种型式,并对选定的水平旋流泄洪洞进行了体型优化研究。     

某抽蓄电站下水库竖井式溢洪洞设计

结合某抽蓄电站下水库竖井式溢洪洞的设计过程,采用水工模型试验进一步分析认证竖井式溢洪洞结构的合理性。通过水力学特性分析及计算,最终确定竖井式溢洪洞及其尾部消能工的平面布置与体型设计合理,泄流能力满足要求。图7幅,表4个。     

多洞联合泄洪通风补气系统运行特性

结合水-气分层流理论,构建了如美泄洪洞与溢洪洞联合泄洪通风补气系统理论计算模型,研究了如美多条泄洪隧洞的通风补气特性,绘制并总结了如美各条泄洪隧洞的负压、补气竖井风速及通风量随泄洪洞洞顶余幅高度及其补气竖井截面尺寸的变化规律。结果表明：泄洪洞负压出现极小值和极大值并存的3分区,而溢洪洞负压无明显变化;泄洪洞补气竖井风速和通风量出现极大值,溢洪洞补气竖井通风量反之出现极小值。综合考虑各条隧洞通气参数的变化,可为联合泄洪系统中泄洪洞及其补气竖井尺寸的选择提供参考依据。     

竖井旋流泄洪洞在甲岩水电站的应用

竖井旋流消能是一种新型的消能工程设施,也是国内自主创新的科研成果,具有很好的消能效果,能适应较为复杂的地形。甲岩水电站右岸泄洪洞采用竖井旋流消能,在有限的场地内,通过改变进水口的位置,把进口布置在地质条件比较好的基岩上,达到了安全运行的效果,并使导流洞得到合理利用。通过水工模型试验验证,竖井旋流泄洪洞在甲岩水电站的应用是成功的。     

旋流环形堰竖井泄洪洞三维流场数值模拟

旋流环形堰竖井泄洪洞是一种新型的环境友好的内消能工, 跟传统环形堰竖井泄洪洞相比, 泄洪洞的流态和 消能防蚀机理明显不同。作为一种新型布置形式, 其复杂的水流特性并不是十分清楚。依托于广东清远抽水蓄能 电站下水库泄洪洞工程, 基于RNG k2E双方程湍流数学模型, 并结合VOF( Volume Of Fluid) 方法, 对下库旋流环形 堰竖井泄洪洞进水口、竖井旋流泄洪洞、出口的复杂水流进行了三维数值模拟, 并对部分水力参数的特性进行了解 析计算, 获得了流态、压力、流速、空化数等水力要素的变化规律。模拟结果表明, 数值计算结果与物理模型试验成 果吻合较好。并通过数值模拟验证了该新型内消能工的泄流能力和高消能效率。     

导流洞改建为跌流式竖井溢洪道的试验研究

结合某水电站导流洞改建永久性溢洪道试验,研究了跌流式竖井溢洪道的水力特性,并对消力井布置进行了优化研究。研究表明,该溢洪道自环形进水口以下采用突扩方式与竖井连接所形成的脱壁水流结构,与传统的贴壁式竖井的水流结构具有明显不同,不仅可以有效避免竖井段因水流流速较高可能造成的空化空蚀破坏,降低施工难度,而且有利于水舌掺气并促进消力井消能。该研究提出的消力井优化布置体型,与传统的布置形式相比具有更高的消能效率,消能效率可以达到83%以上。     

新型旋流环形堰竖井泄洪洞数值模拟和特性分析

生态环境友好型的洞内旋流消能工是当前泄洪消能领域一个重要的研究热点和方向。为克服以螺旋型经典涡室或传统喇叭形堰构成的旋流竖井泄洪洞易出现的漩涡、气爆、振动、防空蚀设施复杂等难题,改变一般的防漩、消涡观念,提出一种新的由自调流潜水起旋墩为核心构成的旋流环形堰竖井泄洪洞,虽脱胎于常规喇叭形竖井泄洪洞,但在泄洪流态和消能防蚀方面又另辟蹊径。作为一种新型的旋流布置体型,已有研究缺乏系统性,其复杂的水流特性并不是十分明了。依托广东清远抽水蓄能电站泄洪洞工程,对新型环形堰竖井泄洪洞进水口、旋流泄洪洞、出口的复杂水流运动进行了三维数值模拟,并对部分水力参数的特性进行了解析计算,获得了该新体型旋流空腔流态、自由水面、合成流速、压力等水力要素的分布规律。结果显示:计算得到的上述水力学要素分布规律与模型测量值吻合较好,模拟值与初步建立的新体型水力特性理论解析值较为接近,表明解析计算方法具有一定的实用价值。模拟计算结果为进一步明晰新型环形堰竖井泄洪洞各部分水流特性和揭示自调节潜水起旋墩的旋流运动机理提供依据。     

竖井旋流泄洪洞涡室整流挑坎试验与数值模拟

已有竖井旋流的研究成果表明,涡室进口处水流的起旋对整个涡室流态的影响很大,如何使水流在进入涡室段时能稳定起旋,并贴壁形成稳定空腔,是决定整个竖井旋流消能效果的一个关键性因素。通过试验与数值模拟相结合的方法,研究了涡室进口处整流挑坎的体型对涡室流态的影响,提出了一种新的整流挑坎——楔形挑坎。试验表明,这种挑坎形式与传统圆弧挑坎相比能更好地引导涡室进口处水流的起旋,改善涡室内水流流态。对类似工程设计具有重要的参考价值。     

不同组合连接体形下旋流式竖井水力特性试验研究

通过物理模型试验和理论分析相结合的方法研究了不同组合连接体形下旋流式竖井的水力特性,总结出竖井涡室内的4种典形流态,其中,自由旋流流态最适合于旋流式竖井.通过进一步研究进口体形和消力井深度对流态和消能率的影响,得出折流角变化对消力井侧壁及底板压强影响不大,消力井边壁及底板均不会出现负压;流量的增加会减小消能率,折流角和...     

新型竖井泄洪洞自调流机理和特性研究

该文提出一种新的由自调流潜水起旋墩为核心构成的旋流环形堰竖井泄洪洞,在泄洪流态和消能防蚀方面与常规喇叭形竖井泄洪洞有较大不同。为明晰该新体型的调流机理和系统水力特性,对新型环形堰竖井泄洪洞进水口、旋流泄洪洞、出口的复杂水流运动进行了数值模拟研究,获得了该新体型进水口流态、旋流空腔发展过程、竖井内部流态、平洞自由水面、压力等主要水力要素的分布规律。结果表明:计算得到的上述水力学要素分布规律与模型测量趋势上一致,量值上吻合较好。模拟结果也较好揭示了自调节潜水起旋墩的旋流、自调流机理以及泄洪洞的消能原理。     

Effect of the design of a tangential vortex generator on the characteristics of the involuted flow and carrying capacity of a spillway

Conclusions An involuting device in the form of a tangential vortex flow generator is the basic element of a vortex spillway, which defines the carrying capacity, the degree of flooding of the shaft, and the current regime of the involuted flow in the diversion tunnel of the spillway. The procedure employed for hydraulic calculation of vortex spillways with the vortex flow generators under consideration makes it possible to determine rather completely all basic characteristics of the involuted flow and on this basis, assume a serviceable design for the spillway on the whole. It is obvious that the problem concerning the influence exerted by aeration in shaft spillways on the characteristics of the involuted flow (kinematic, hydrodynamic) and the hydraulic losses of the elements of the spillway will be the subject of future research. Moreover, there are no data sufficient for predicting the development of cavitation in vortex generators with different geometric parameters. At the same time, experimental cavitation-erosion investigations for conditions encountered at the Rogun vortex spillway, which were performed at the MGUP, indicated that the cavitation flare, which is disturbed from the edge of the vortex generator, is steadily closed within the flow and does not present a risk from the standpoint of cavitation erosion. Translated from Gidrotekhnicheskoe Stroitel'stvo, No. 2, pp. 24–27, February, 1999.     

溪古水电站竖井旋流溢洪洞设计与分析

溪古水电站泄洪建筑物布置受地形地质条件限制,采用了结构简单、进出流方向不受限制的竖井旋流消能方式,在充分利用下部泄洪排沙（放空）洞具有较大的泄洪能力基础上,结合导流洞开挖后良好的围岩地质条件,适当减少了上部竖井旋流溢洪洞泄洪规模,将溢洪洞下平段与导流洞结合,优化了泄洪建筑物布置格局,并通过初设和施工详图两阶段水工模型试验分析对比验证,竖井旋流消能,是一种便于枢纽灵活布置、具有较高消能率的内消能工型式。     

Effects of modern marguerite-shaped inlets on hydraulic characteristics of swirling flow in shaft spillways

This study used model experiments to investigates hydraulic characteristics of flow at marguerite-shaped inlets with holes at the bottom of their lobes, known as modern marguerite-shaped inlets. This innovation reduces the swirling flow strength and improves the hydraulic performance of simple shaft spillways. Head–discharge relationships, flow circulation, threshold and critical submergence depths, and discharge coefficients are detailed for different flow regimes. The findings suggest that flow discharges through this type of inlet were approximately six, three, and two times greater than flow discharges through a simple shaft spillway, a circular piano key inlet, and a simple marguerite-shaped inlet, respectively. Increasing the outer length and height of inlets also uniformly distributed the flow around shaft spillways. The best hydraulic performance was observed in the inlets with an outer height of 1.25D and an outer length of 3.75D, where D is the diameter of the shaft spillway. Different equations, with high correlations and low errors, were derived to determine the threshold and critical submergence depths and the discharge coefficients for free and orifice flow regimes.