河口村水库泄洪洞水工模型试验研究

为验证河口村水库泄洪洞布置方案的合理性和优化的可能性,根据重力相似准则,采用1∶40的单体正态模型系统研究了泄洪洞泄流能力、水流流态、压力分布、空化空蚀、进出口体形等。尝试采用不同挑流鼻坎形式来消除2#洞内起挑前跃后水流局部封顶现象,并提出有利于消能防冲的鼻坎形式。根据试验结果,1#泄洪洞采用中墩修改体形能有效规避宽墩后水冠冲击洞顶的不利流态,同时2#泄洪洞挑流鼻坎采用修改体形可有效解决起挑前跃后水流局部封顶现象。     

二滩水电站泄洪隧洞体型设计

二滩泄洪洞泄洪水流落差达１８０ｍ，单洞泄流量为３８００ｍ３／ｓ，为国内已建和在建泄洪洞的首位，在世界上也位居前列。本文介绍了二滩泄洪洞采用浅水式短进水口、龙抬头隧洞洞身、扭曲斜切挑流鼻坎和舌形挑坎体型的设计研究情况。     

溪洛渡水电站泄洪洞双曲挑坎体形设计

溪洛渡水电站4条泄洪洞位于沙谷两岸，为防止泄流水舌冲刷河岸，要求水舌挑射玉河床中心，同时使水舌沿河道方向扩散。为此，泄洪洞出口采用了异形扭曲挑坎。在不可压缩流的NavierStokes方程基础上，以求解流体力学逆命题的方式，按照水电站的地形、地质条件及下泄水流的具体要求，根据事先选定的挑流入水范围，通过计算反求能满足这些要求的挑坎体形。按此设计出的双曲挑坎满足上述要求，而且泄水时挑坎上的压力均呈正压，有利于防止空化的产生。     

小湾水电站泄洪洞水力学问题试验和数值模拟研究

岸边泄洪洞为小湾水电站3套泄洪设施之一，上游水位和泄洪洞出口挑流鼻坎落差超过200m。最大泄量达到3881m^3／s，具有典型的高水头大流量特点，泄洪水力学问题十分突出。采用三维数值模拟和1：35局部模型试验相结合的方法，对小湾泄洪洞新方案进行研究和优化，结果表明：泄洪洞长有压段进口体型布置基本合理；该设计方案明流段反弧末端掺气坎和明流直线段第一道掺气坎由于坎高和水流Fr数较小的原因，难于形成稳定的掺气空腔。通过降低泄洪洞反弧末端高程，提高水流Fr数以及在掺气坎下增设二级坡的方法，解决了难于形成掺气空腔的问题。     

泄洪洞窄缝燕尾组合挑坎试验研究

采用物理模型试验的方法,在综合考虑燕尾挑坎、窄缝挑坎2种消能工各自特点的基础上,针对长河坝水电站2^#泄洪洞挑流水舌所必须达到的挑射效果,进行了窄缝燕尾新型组合挑坎的试验研究。从挑坎内部水流流态、出挑水舌形态以及下游消能防冲效果3个方面进行了燕尾挑坎、窄缝挑坎以及新型组合挑坎之间的对比试验。研究结果表明新型的组合体型兼有燕尾挑坎与窄缝挑坎的优点,它在改善坎内水流流态、水舌形态、减轻下游河道冲刷方面起到了重要作用,同时也满足2^#泄洪洞出挑水舌的限制要求。试验的研究成果可供类似工程参考。     

紫坪铺水利枢纽工程关键技术问题与对策

紫坪铺工程面板坝坝体变形和沉降控制与#1、#2泄洪洞高速水流控制设计是本工程突出的两个关键技术问题,面板堆石坝设计中成功采用表面振动器法测试最大干密度,以压实度确定坝料填筑标准的方法;#1、#2泄洪洞创新地采用了簸箕状挑坎和缓坡段环形掺气挑坎,成功解决了46m/s的超高水流速问题。     

高水头水电站泄洪洞出口挑流鼻坎体型研究

某高水头水电站泄洪洞出口挑流鼻坎，原设计方案采用双边对称扩散形式，经试验验证下泄水流对下游河床右岸有较严重的冲刷影响。本文在理论计算的基础上，结合多方案的水工模型试验，对泄洪洞挑坎体型进行了改进优化，达到了消能防冲的目的。试验成果表明，高水头电站泄洪消能工的布置及体型设计，应根据当地地质条件、下游河道走势、抗雾化能力等因素而变化，通过模型试验是必要的。     

某水电站泄洪洞挑流试验研究

针对某水电站泄洪洞出口原设计方案中存在明显的淘刷及较高的堆积体的情况,笔者采用水工模型动床试验,对比分析两种不同修改方案下的水舌入水流态及下游河道冲淤情况,对出口挑坎体形及布置方案进行调整优化。试验结果表明,采用斜切扩散坎,左侧挑坎底长10.1 m、出口挑角为15°,右侧挑坎底长12.0 m、出口挑角为17°,出口两侧扩散角为19.1°的布置方案有利于分散水流冲击力,河道沿程冲刷明显减轻,水舌横向扩散良好,仅有部分表面余能波及对岸山体。因此,推荐采用此方案进行泄洪洞出口挑坎体形设计和布置。     

龙抬头式泄洪洞反弧末端边墙掺气减蚀设施的研究

高水头龙抬头式明流泄洪洞发生空蚀的部位一般位于反弧末端下游边墙及底板上，因此研究该部位的掺气减蚀设施具有十分重要的应用价值。结合二滩水电站1号泄洪洞，研究了反弧段边墙掺气问题，基于掺气挑坎设计中应遵循的基本原则，提出了一种新型的斜侧收缩式掺气挑坎体形，并分析了影响侧收缩掺气挑坎挟气量及挑坎下游水流流态的因素。     

压坡渐扩式出口泄洪洞水力特性数值计算分析

为研究不同闸门开度及水位工况条件下，压坡渐扩式出口泄洪洞洞身及出口流态，采用RNG k-ε湍流模型对压坡渐扩式出口泄洪洞的水力特性进行数值模拟。结果表明：闸门全开时，泄洪洞全洞范围内均呈有压流状态，流态稳定；闸门非全开且水位较低时，洞内流态不稳定，容易出现明满流交替的运行状态；闸门小开度时，挑流鼻坎抬高了出口水位，受出口挑坎反弧阻滞作用，出口段流速有所减缓，挑距较小，水流易冲击坡脚。故对于压坡渐扩式出口泄洪洞，设计时有必要开展水工模型试验研究。     

溢洪道挑流鼻坎水气二相流数值模拟研究

针对某溢洪道挑流消能存在的问题,采用VOF方法、立方体网格和k-ε紊流模型对溢洪道整体水力特性进行了三维数值模拟,对挑射水流流态、水舌掺气、水垫塘底板压强、下游河道流速等方面进行了分析。将某溢洪道由原高低式挑流鼻坎修改为差动式后,增大了下泄水流入水范围,提高了挑流消能的消能效率,减小了水垫塘底板压强,降低了下游河道水流流速。优化方案数值模拟结果得到了模型试验结果的验证。     

龙抬头水电站泄洪洞水力特性研究

针对青海省某大型水电站龙抬头泄洪洞工程,采用计算流体力学软件Flow-3D,应用RNG k-ε紊流模型、VOF方法,对泄洪洞整体水力特性进行三维数值模拟研究,得到泄洪洞闸室、龙抬头段、挑坎等部位水流流态、壁面压强、水流流速等水力参数。将部分数值模拟结果同整体水工模型试验实测结果进行比较,两者吻合良好。数值模拟及试验成果显示,泄洪洞闸室合理设置突扩突跌设施可有效掺气、利于减蚀,龙抬头段水流流态平稳无突变、壁面无负压;而且,扭曲斜切挑坎有利于挑射水流归槽,可避免水流冲刷对向河岸,泄洪洞体型设计合理。研究表明,数值模拟与理论研究结果接近,可靠度较高,可为类似工程设计提供参考。     

溢洪道差动式挑坎水力特性分析和计算探讨

溢洪道差动式挑流鼻坎可增大其挑射水舌的扩散、碰撞、掺气和消能率,从而减轻下游河床的冲刷。目前对差动式挑坎水力特性研究成果仍较少,给工程设计带来极为不便。在现有的文献和成果总结和分析的基础上,开展了差动式挑坎下游河床冲刷特性的试验研究,对差动式挑坎段的水面线、挑射水舌挑距及其下游河床冲刷特性和计算方法进行探讨,并进一步补充了差动式挑坎下游冲刷影响系数与其体型和泄流水力参数的关系。研究成果与水力模型试验结果较吻合,可供类似工程设计和运行参考。     

阿拉沟水库溢洪道挑流体型结构优化试验研究

水利枢纽工程经常由于地质条件的原因在工程布置方面受到限制。针对阿拉沟水库溢洪道下泄水流经挑流鼻坎挑射至下游河床及拟人工开挖山体的海漫平台所造成的冲刷和产生的雾化问题,通过多方案的挑流体型结构优化试验研究,获得了适合工程实际的异型挑流鼻坎结构,较好地解决了溢洪道下游消能段的防冲及雾化等问题。     

溪洛渡水电站泄洪洞出口挑流鼻坎体型优化研究

溪洛渡水电站采用坝身孔口与岸边泄洪洞相结合的泄洪消能方式。左、右岸各布置两条常规泄洪洞,是目前国内最大规模的泄洪隧洞。在正常水位泄洪时,泄洪洞最大流速近50 m/s,消能防冲设计难度大,对挑流鼻坎的水力性能要求很高。针对原设计方案中下游水舌冲刷两岸、且冲刷坑深度较大的问题,对挑坎体型进行修正。利用Bezier曲线生成技术构造出口挑坎,通过移动控制点改变挑坎的曲线和构造出口挑坎,优化了出口挑坎体型,并通过物理模型试验进行检验。     

溢洪道差动式挑流鼻坎挑距和冲深特性探讨

溢洪道差动式挑流鼻坎可明显增加挑射水流在空中的碰撞、紊动和掺气,大大减轻下游河床的冲刷.根据部分溢洪道工程的水工模型试验资料,对差动式挑流鼻坎挑射水舌挑距及其下游河床冲刷坑深度的估算方法进行分析和探讨,可供类似工程设计和运行参考.     

阿尔塔什水利枢纽水垫塘消能方式选择

以新疆阿尔塔什水利枢纽泄洪建筑物为研究对象,通过1∶50水工模型试验比选消能方式,对比研究了采用平底板水垫塘方案下的塘内水动力特性和采用护坡不护底方案下的水垫塘冲刷形态。通过脉动压力与上举力的分布,推测了水垫塘的可能破坏范围;通过流态分析和冲刷分析,对挑坎体型进行了优化。不同型式挑坎对水垫塘的冲刷影响的比较分析表明,优化后的挑坎能够起到调整水舌和冲坑形态、减少坡脚冲刷的作用,经优化后该工程水垫塘采用护坡不护底的方案是可行的,并可供类似工程参考。     

小湾水电站泄洪洞窄缝挑坎数值模拟研究

窄缝挑坎在水利工程中应用广泛,但尚无成熟的设计方法,工程设计中窄缝主要参照类似工程初拟体型,并经模型试验优化后最终定型。但模型试验存在耗时长、费用高、常规仪器测量精度较低的不足。采用RNG k-ε紊流模型,利用Flow 3D独特的FAVOR网格技术,对小湾水电站泄洪洞窄缝挑坎进行三维数值模拟研究。模拟结果表明窄缝挑坎内水深、水舌形态、水舌前后入水点、水舌最高点及起跳角度等计算结果与模型试验、原型观测值基本一致。表明Flow 3D数值模拟研究方法可作为窄缝挑坎设计的一种方法,并可节省时间和工程费用,优势显著。     

大圆弧导向鼻坎在昌马水库溢洪道改建中的应用

在昌马水库多年的泄洪运行中发现,其溢洪道泄洪出口水舌落点集中,在岸边形成较深的冲刷坑,直接威胁到岸坡的稳定安全。为了解决该问题,通过溢洪道挑流鼻坎改建方案的水工模型试验研究,调整挑流鼻坎体形,提出了适用范围较广的大圆弧导向鼻坎改建方案。经过模型试验验证,大圆弧导向鼻坎不仅具有很好的导向功能,有效控制水舌落水位置、分布及范围,而且能使水舌沿横向、纵向拉开,使水舌覆盖消能区较大范围,减轻河床冲刷,有效解决昌马水库溢洪道存在的问题。     

马来西亚巴贡水电站的溢洪道设计

巴贡水电站是马来西亚最大的水电站工程,而岸边开敞式溢洪道作为该工程唯一的永久泄洪建筑物,具有自身的设计特点和难点。在设计中,主要利用1∶50比尺的水工模型试验,对溢洪道的引渠、堰闸段、泄槽的掺气减蚀、挑流鼻坎等的设计进行了研究和改进,解决了溢洪道的水力学、结构和高边坡等问题。尤其是长引渠应当注意渠内流速对泄量和下游流态的影响,以及利用下游地形特点,对比挑距、冲坑和下游防护等,优选了挑流鼻坎的体型设计,对于类似工程的设计有一定的借鉴作用。