溢洪道出口窄缝挑坎特性研究

消能工体型的选择在水利工程设计中至关重要。采用RNG k-ε紊流模型与VOF方法对泄洪过程中溢洪道与水垫塘内的水流进行水气二相流三维数值模拟,研究窄缝型挑坎消能工的水流特点及规律,结果显示,数值模拟计算的水深、水流流态、入水角度等参数与模型试验结果吻合较好,验证了数值模拟的可行性。在此基础上,计算分析了窄缝型挑坎收缩段水流及空中水舌的水力特性,以及水垫塘底板压强分布规律,确定出窄缝型挑坎最大压强所在位置及空中水舌流速变化规律。研究结果表明：窄缝型挑坎束窄水流作用明显,其空中水舌同一横断面的最大流速位置基本相同,同一纵向断面垂向流速差沿程逐渐减小,挑坎收缩段底板处流速大小呈抛物线形分布,而压强分布沿程呈现3个区间3个趋势的分布规律。研究成果可为实际工程中同类型消能工的设计提供参考。     

高土石坝大交角挑流消能水垫塘优化布置

通过如美水电站整体模型试验,从水流流态、水垫深度、动水压力、下游河道流速分布等特性,对比研究了增设二道坝和降低底板高程两类优化方案。结果表明,大交角挑流消能水垫塘下游增设二道坝,其效果与二道坝高度、泄量、河谷宽度等密切相关,会恶化出流与下游河道的衔接;降低水垫塘底板高程对下游衔接影响较小,且可有效增加水垫深度,降低水垫塘临底水力指标。     

消力池挑流鼻坎试验优化设计研究

通过对某水库挑流消能工挑流鼻坎进行水工模型试验发现,入射水流横向扩散较差,水流集中,不利于下游河道消能防冲。调整平台和护坦宽度,设置斜挑坎,横向水流分布均匀,水舌入水点较理想。并用数值模拟方法对推荐体型进行计算,计算结果与水工试验结果基本一致,说明数值模拟方法可用于挑流消能体型设计,为类似工程提供借鉴。     

高坝二级挑流消能研究

为研究高坝挑流消能的效果,结合四川省某水电站洞式溢洪道的大比尺水工模型试验,对在较高水头、较大流量工况下的溢洪道挑流消能形式进行优化研究。结果表明:通过将一级挑流改成二级挑流,即一级挑射水舌在各种工况下都挑落在平台上,水流通过平台形成二次挑流均匀挑入下游河道,可以有效分散消能,降低挑射水舌的高度,减小河床冲刷。采用二级挑流消能形式,有效地改善了原方案一级挑流消能引起的产生较大冲刷与雾化现象。     

蟠龙抽水蓄能电站下库溢洪道消能工优化试验研究

蟠龙抽水蓄能电站下水库溢洪道由于下游河道狭窄、河床坡降较大，河道内水很浅，挑流水舌基本属于干砸（无初始水垫或水很浅）状态进入下游河床，且直接冲击对岸山体，水流爬坡较高，在河道内形成折冲水流。下游河道内流速远超过允许抗冲流速，下游冲刷问题不容忽视。通过试验研究，提出了不对称窄缝式消能工方案，满足了工程消能防冲要求。     

溢流坝不同尾坎挑流消能数值模拟研究

以水力学计算软件FLOW-3D为基础建立两种不同的数学模型进行模拟。通过对同等泄洪流量下的两种不同溢流坝挑流时的水舌形态、断面流速及消能率进行模拟分析,得出由于水流在受溢流坝差动式尾坎较连续式尾坎强,从而导致挑距相对较近,下游河道差动式最大流速比连续式最大流速小;相比连续式尾坎而言差动式尾坎这种碰撞要较强,因此对于同种流量采用差动式尾坎溢流坝挑流消能的效果较好,对下游河道及两岸边坡影响较小。     

泄水建筑物挑流泄洪安全控制技术研究

为寻求某水电站溢洪道的最优泄洪方式,选择合适的消力池尺寸。采用水气两相流方法,对某工程的大型泄水建筑物进行数值模拟。通过迭代计算k-ε两方程模型,利用追踪自由液面的VOF方法对水面线进行模拟,计算得到泄槽水面线、挑流水舌、消力池底板压力、挑距、流速等水力参数。通过分析消力池内水流流态选择合适的消力池尺寸,数值模拟结果与规范计算结果互相验证,吻合较好,验证了数值模拟成果应用在实际工程的可行性。     

Y型河道水流交汇对溢流坝泄洪影响的数值模拟研究

Y型河道是一种特殊形式的河道,由于地形地质的原因避免不了在Y河道下游修建溢流坝。本文主要根据Y型河道下游溢流坝水力学研究模型为例,采用数值计算软件Flow-3D建立数学模型进行计算。对溢流坝泄洪进行数值模拟,主要分析溢流坝泄洪流态、闸孔流速、下游挑距、下游河道流速等。结果表明:水舌挑流均匀的分布在河道中央,对两岸河道冲刷影响较小,1#、2#闸孔流速分布规律相同且最大流速为8.8 m/s,而下游河道最大流速为28.0 m/s且集中在河道中央,受Y型河道水流交汇的影响,水流在交汇处能量巨大,对下游河道中央冲刷影响较大,建议在此类河道中设置消能坎。     

民乐河水库溢洪道挑流鼻坎体型优化试验研究

部分河岸式溢洪道出口河道狭窄、曲折,岸坡陡峻,河床基础抗冲能力较差,采用挑流消能时挑射水流会砸落淘刷护坦、挑流鼻坎基础,危及下游岸坡稳定安全。为验证泄洪挑射水流形态及其对河床、岸坡的冲刷影响,以民乐河水库工程为例,通过水工模型试验进行分析并对挑流鼻坎体型进行优化。试验结果表明,溢洪道挑流鼻坎采用斜切坎配合折流器体型能有效改善挑射水流流态,对下游河床、岸坡的冲刷影响较小,可确保工程安全运行。     

某拱坝泄洪表孔体型优化试验研究

针对不同泄洪表孔出口体型方案下的水垫塘消能效果进行了对比研究,分析了各体型方案下的消能效果,从水垫塘底板冲击压强、出水垫塘的水流流速等方面对消能效果进行了评价。通过数学模型试验对雾化的强度和范围进行了比较分析,并从中选取最优的体型应用于工程设计,提高了水垫塘的消能效果,这对工程的安全运行十分有益。     

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。     

燕尾型挑坎在李家岩水库溢洪道中的应用

针对李家岩水库下游消能防冲问题,通过1∶30水工模型试验对比了传统连续坎和新型燕尾型挑坎下游挑射水舌特性及河道冲刷形态。试验结果表明:燕尾型挑坎对上游来流的适应性好,起挑流量要求更小。燕尾坎体型下挑射水舌底缘偏离底板程度随单宽泄量的增加而增大,造成近端挑距越小。燕尾型挑坎相比连续坎水舌的横向扩散明显减弱,且沿水流方向充分拉伸,整个水舌落点范围呈狭长型,从而避免了对狭窄型水垫塘或河道两侧岸坡的冲刷,燕尾型挑坎更加适用于狭窄型河谷。燕尾坎体型下挑射水舌的落水范围总体相比连续坎得到伸展,有效减小了入水单宽流量,下游河道的水体波动及冲刷均有所减弱。在试验和类似工程的基础上总结得出了燕尾型挑坎的体型设计原则,相关研究成果可供其他工程参考。     

溢流孔分流齿坎对水舌形状及水垫塘底板冲击压力的影响

为了研究分流齿坎对水舌形状和水垫塘底板冲击压力的影响，在七表孔八深孔的泄洪拱坝模型试验中，对采用大差动带分流齿的溢流表孔的水舌形状和水垫塘底板冲击压力进行对比性试验。测量了单孔泄洪时齿坎对水舌形状和落水区域的影响，并研究了表孔和深孔联合泄洪时不同分流齿坎设置方案对水舌空中碰撞效果及水垫塘底板承受的冲击压力的影响，推荐了合理的齿坎布置方式。试验结果表明，采用中间表孔设置齿坎和边侧表孔不设置齿坎的整体布置形式，可以提高碰撞消能效果，减小水垫塘底板承受的最大冲击压力。     

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。     

白虎潭水库溢流坝泄洪消能方式研究

白虎潭水库溢流坝采用挑流消能,溢流堰面采用WES堰型.原挑流鼻坎采用常规等宽鼻坎,挑流水舌入水宽度大于下游河床宽度,水流落入下游河道后,落水集中,造成下游河床及岸边冲刷严重.经水工模型试验研究,推荐的台阶式堰面+差动挑坎+边墙末端局部收缩方案,使下泄水流归槽宽度减小、纵向及竖向充分分散,水舌入水面积增大,消能率增加,下游河道消能问题得到了有效地解决.     

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。     

龙潭沟水库溢流坝泄洪消能局部冲刷试验研究

采用几何比尺为1∶30的大比尺整体枢纽水工模型,根据重力相似准则,进行了龙潭沟水库溢流坝泄洪消能水力学试验研究。试验结果表明,设计洪水时,原设计方案及修改方案都不会对下游河床造成冲刷;下游河道水流平稳,流速分布均匀。校核洪水时,随着溢流坝过坝流量的增加,单宽流量增加坝面水深增大,原设计光滑溢流坝面沿程水流掺气消能效果欠佳,下游流速大、水流紊乱,挑流水舌下游造成严重冲刷,影响泄洪安全。通过方案修改优化,提出阶梯溢流坝台阶尺寸为0.90 m×0.72 m+连续挑坎方案新型消能形式,宣泄校核洪水时消能率较高,且下游河道水流平稳,流速较低且分布均匀,满足龙潭沟水库工程的安全泄洪。     

泄洪洞双扩型挑流消能水力特性数值计算

以某工程泄洪洞双扩型挑流鼻坎消能防冲为研究对象,基于三维不可压缩流体k-ε紊流模型,采用FLOW-3D软件对双扩型挑流鼻坎进行三维数值模拟分析,分析了下游河道流速、水舌是否直接冲击河岸,探讨了原始方案与2个优化方案的挑流鼻坎体型对河床的冲击及其水力特性,并针对不同工况时计算结果,给出了该挑流鼻坎的最佳体型,以满足消能和泄流的要求。结果表明:经多方案数值计算的对比,相比于原方案,反弧半径从64 m增加到128 m,反弧段长度增加10 m,边墙扩散宽度收窄0.4 m,挑角从43.4 °减小到25 °;调整后低水位低流量工况下水舌砸岸情况明显改善;水舌挑距从91.2 m增加到118.8 m,远离岸坡;河道左右岸最大流速分别下降0.7 m/s和1 m/s,且回流减小。研究成果可为挑流消能下游流态的改善提供一定的参考。     

过水围堰挑压坎楔形护板水力特性

该文基于过水围堰混凝土楔形护板溢洪分析,提出在尾部设置平台形成挑压坎楔形护板。采用紊流数值模拟方法,对挑压坎楔形护板水力特性进行了研究,并与一般楔形护板对比分析。研究表明:挑射流可以提高堰面的消能效果,特别在小洪水工况时改善较为明显;冲入消能平台的流速有所降低,可减小水流对堰脚的冲刷;水流经挑压坎以平抛射流的形式向下弯曲,能增加水体作用于下一级护板的稳定力。一般楔形护板只在首部附近出现一个压力最大值,挑压坎楔形护板首、尾各有一个压力峰值,可以改善护板的受力条件,有利于过水围堰的整体稳定。