掺气防止消力池辅助消能工空蚀破坏的研究

对与消力池辅助消能工空蚀破坏有关的主要水力要素掺气浓度、时均水动压强进行了有无强迫掺气的对比试验研究,测量结果说明用挑跌坎式掺气设施促使入消力池水流强迫掺气,可以增大水跃主流区掺气浓度、减小易蚀区时均动水负压,有利防止空蚀破坏。另外,也证实了强迫掺气对改善水跃消能有利。     

低Fr数非完全宽尾墩消能特性研究

为了在低Fr数底流消能中应用宽尾墩来增强消能效果,通过水工模型试验和数值模拟相结合的方法研究非完全宽尾墩的消能机理和消能效果。数值模拟的计算成果与水工模型试验成果吻合较好。研究表明:非完全宽尾墩对泄流能力影响很小,不会增大消力池底板脉动压力,且可以增加消力池内的速度梯度,达到附加消能的效果,即在提高消能率的同时,可以消除出池波状水跃。非完全宽尾墩布置方案对中小型水工枢纽布置有较强的参考意义。     

低Fr数非完全宽尾墩消能特性研究

为了在低Fr数底流消能中应用宽尾墩来增强消能效果,通过水工模型试验和数值模拟相结合的方法研究非完全宽尾墩的消能机理和消能效果。数值模拟的计算成果与水工模型试验成果吻合较好。研究表明:非完全宽尾墩对泄流能力影响很小,不会增大消力池底板脉动压力,且可以增加消力池内的速度梯度,达到附加消能的效果,即在提高消能率的同时,可以消除出池波状水跃。非完全宽尾墩布置方案对中小型水工枢纽布置有较强的参考意义。     

提高梯形消力池消能效率的试验研究

本文通过模型试验研究梯形消力池同空间水跃的型态和提高其消能效率的措施，将梯形消力池空间水跃分为三浪四区，借助消力池内的实体坎来改善消力池的空间水跃型态，从而提高消能效率。     

低佛氏数宽尾墩水跃消能问题试验研究

在低坝或低佛氏数水跃消能中,宽尾墩的应用使水流结构发生了巨大变化。黄河大峡水电站溢洪道宽尾墩消能方案研究中,这一情况非常明显。这一特有的水流形态可称之谓宽尾墩水跃。本文首先对宽尾墩水跃的机理进行了定性描述,并且对宽尾墩水跃中几个关键问题进行了论述:通过波浪要素的量测,分析了宽尾墩对水跃的跃后波浪的抑制作用;通过流速和紊动强度的量测,计算,分析了宽尾墩水跃后紊动强度分布与消能效率;借助压力传感器和一套分析处理系统,揭示了宽尾墩水跃消力沲底板脉动荷载的变化规律。实验证明:与高坝宽尾墩消能相比,宽尾墩在低坝消能中同样十分有效。在低坝上采用墩——池结合的消能型式。可以有力地抑制下游波浪,稳定消能水体,调整流速分布,减小下游紊动强度增加低佛氏数水跃消能的消能率,减轻建筑物下游的冲刷。当然,在具体应用这一消能型式时,还要考虑工程涉及到的其他问题。     

莲花寺水电站表底孔联合消力池水力研究

莲花寺电站最大坝高仅有29 m、溢流堰前后最小水位差仅有9.54 m,属于典型低水头闸坝工程,这类工程往往具有低佛氏数、下游深尾水以及消力池内消能紊动不足等特点.通过物理模型试验针对莲花寺电站原底孔折线型消力池内消能紊动不充分、淹没水跃滞后、出池水流过大等问题,提出拆除消力池内纵向隔墩、形成表底孔联合消力池,得出以下结论:表底孔联合消力池借助消力池横向宽度,利用表孔、底孔入池水流纵向流速梯度、横向能量差,加剧消力池内横向水流扩散,增强水流碰撞耗散,提升消能效果.尤其是单独开启表孔、底孔泄洪时,入池水流显著向两侧扩散、偏移,形成三元水跃,有效增强消力池上游区域紊动耗散,减小出池水流流速,能为类似闸坝工程提供参考作用.     

“X”型宽尾墩在底流消能中的应用

针对低Fr底流消力池消能率低的问题,提出进口“X”型宽尾墩+底流消能的消能模式,即在消力池进口设置“X”型宽尾墩,以达到分散水流、增加消能率的目的。通过试验,观测该型消能方式的水流形态、水深沿程分布、时均及脉动压强等水力学参数。结果表明：水流形成了底流+纵向拉伸水流+挑射水流的入池方式,水流分散入池,充分利用了消能水体;水跃长度为跃后水深与跃前水深差的6.8~13.3倍;消力池底板时均压强变化平稳,脉动压强均方根为进口流速水体的0.03~0.18倍;与传统底流消力池相比,消能率提高了2~3倍。对于低Fr底流消能,进口“X”型宽尾墩+底流消能是一种值得推荐的消能方式。     

闸堰下游淹没水跃特性研究

本文通过试验分析,对具有驼峰堰的泄水闸下游平底消力池中的淹没水跃特性进行了研究。认为:当淹没水跃的跃前佛氏数F_(?)=3.4～7.3、淹没系数S<0.7时,消力池及其下游的流态不会因水跃被淹没而恶化,淹没水跃的消能效果优于自由水跃。     

出山店水库泄水建筑物消能工优化试验研究

出山店水库泄水枢纽校核工况最大单宽流量达到121.7m3/s,是典型的低水头、大单宽流量泄水枢纽工程,消能防冲问题突出.采用整体水工模型试验,比较研究平尾墩T形墩联合消能工的原设计方案和宽尾墩T形墩联合消能工的优化设计方案,对比分析了消力池、海漫内流速分布、出池坡顶流速大小、消力池消能率情况.试验结果表明宽尾墩T形墩联合消能工有效降低了出池坡顶流速,提高了消力池消能率,并且对泄水建筑物的泄流能力影响较小.试验说明本工程中运用宽尾墩T形墩联合消能工消能防冲效果良好,优化设计方案为解决消能防冲问题的合理方案,该结论为工程设计提供了有力的依据.     

非完全宽尾墩消能机理数值模拟

为研究一种联合消能结构——非完全宽尾墩、消力池和梯形墩相结合的结构在低Fr数下的消能机理,采用模型试验和数值模拟方法对河南省出山店水库泄洪表孔进行研究.数值计算所得水面线与模型试验所测结果吻合良好,说明数值模拟的可靠性.通过对宽尾墩和平尾墩消力池内部流场的对比分析,得到非完全宽尾墩提高消能效果的机理:非完全宽尾墩能使水流横向扩散的空间增大,增强消力池首部水流的立轴旋滚;消力池内存在较大的横向速度梯度,产生剧烈的紊流剪切和横向流动.相对于平尾墩消力池,宽尾墩消力池能较好地控制出池水流的流速及流态,减少下游河岸冲刷,在设计时可以予以参考.     

某节制闸工程泄流消能试验研究

某节制闸工程设计方案在低尾水位开启泄流时,消力池中产生远驱水跃,消能效果差,水流出池后余能较大,下游河道冲刷严重.针对节制闸消能设计存在的问题,通过模型试验进行修改方案试验研究.经过不同方案的对比,确定消力池深度由原来的1.0 m加深到1.8 m,池长保持不变,同时在消力池中设置一排高2.0 m的梯形消能墩.该修改方案较好地适应了节制闸低尾水位开启泄流时的水流条件,提高了低弗劳德数水跃消能效率,降低了跃后二级涌浪的强度,消能流态得到改善.修改方案已被工程设计单位采用.     

消力池内辅助消能工对水跃消能效率的影响

对于中低水头径流式水电站,通常采用底流消能方式来消减过坝的水流能量,在消能的过程中消力池中水跃的形式、强弱以及辅助消能工的布置形式直接影响整个消力池的消能效率.通过模型试验,结合具体工程实例,探讨了消力池内布设辅助消能工后对水跃消能效率的影响,以及消能工的合理布置对于优化消力池结构的作用,研究辅助消能工的消能规律,为实际工程提供参考.     

平底渐扩式消力池深度的计算

研究平底渐扩式消力池深度的计算方法.分析前人对平底渐扩式消力池共轭水深和自由水跃长度的研究成果,利用动量方程推导渐扩式消力池深度的计算公式.分析认为,吴宇峰和华西列夫提出的水跃长度公式与实际比较吻合,而华西列夫公式偏于安全;侧墙反力用梯形轮廓和1/2抛物线轮廓计算水跃共轭水深与实测结果比较符合,而我国溢洪道设计规范给出的公式计算精度较差,且偏于不安全.得出了渐扩式平底消力池深度的计算方法和共轭水深计算的新公式,通过两个实际工程验证了公式的正确性.     

浅析水闸设计中影响消力池设计尺寸的关键因素

水闸消力池的深度和长度取决于水跃发生的形式和位置,而水跃的跃后水深和下游尾水位的相对关系决定水跃的形式,是影响消力池尺寸计算的关键因素。但在实际计算中,人们容易忽略水跃形式的判断,仅利用公式计算导致计算结果不准确。把握好这一关键因素,可以避免一些计算过程中的误区,对消力池的设计计算十分重要。     

坎深和入池角度对跌坎型底流消能工水力特性影响的试验研究

采用水力学试验方法,对跌坎型底流消能工的水流流态、时均动水压力分布以及临底流速进行了分析.并对影响消力池水力特性的跌坎深度和水流入池角度进行了研究.研究表明跌坎型底流消能工能有效改善消力池内的水力学指标,但跌坎深度和水流入池角度对其影响较大.因此,如何确定消力池的跌坎高度和水流入池角度是进行消力池设计的关键.     

浅水垫消力池水力特性试验

为解决常规消力池临底流速大,流态不稳等问题,以云南省楚雄州青山嘴水库工程为例,通过水工模型试验,提出浅水垫消力池的体型;揭示了浅水垫消力池的水流流态、流速分布、水面线形态和压力分布等水力特性,并与常规消力池与下挖式消力池进行了对比。结果表明浅水垫消力池有利于降低消力池临底流速,浅水垫的存在改变了消力池内的水流流态,改善了池内水力学特性,消能效果显著。     

辅助消能工应用于低佛氏数水流消能的试验研究

低水头闸坝工程的一个普遍水力学问题是低佛氏数水流的消能防冲 ,其特点是消能率低 ,为达到较好的消能效果 ,常在消力池中加设一些辅助消能工 .结合沂沭河上某节制闸的消能试验 ,探讨几种辅助消能措施在低佛氏数泄水建筑物中的应用     

微挑消力池的数值模拟与试验研究

针对微挑消力池,通过水工模型试验和3维RNGk-ε紊流模型数值模拟研究了此体型消力池的水力特性,计算结果显示其水流特性、水面线特征、流速及压力分布与模型试验结果吻合,同时揭示了微挑消力池不同于常规反弧平底消力池的特性。模拟计算与模型试验结果均表明,与常规反弧平底消力池相比,微挑消力池可以造成自入池段水流较强的紊动,降低临底流速,减小消力池底板冲磨破坏的可能。     

基于Flow-3D软件的消能池三维水流数值模拟

基于Flow-3D软件,采用RNG k-ε三维水流数学模型、VOF方法和单相流体模拟消能池水流流动,应用GMRES方法求解离散方程.根据设计提出的闸下三级消能池方案,不仅验证了水闸的泄流能力,还计算了消能工况水流条件下消能池的水流情况,并且结合水工模型试验具体分析了消能池中的水流流态、流速分布、水面线和消能率等水力特性.结果显示计算的泄流能力、水流流态与模型试验的非常接近,流速和水面线的吻合度也很高.计算结果还提供了Fr值、紊动能分布图和流速矢量图,比较全面地反映了三级消能池的水流和消能情况,同时也表明该软件模型具有可行性与实用性.