琴键堰增设护墙对泄流能力影响的模型试验研究

为探究在堰顶增设护墙以及护墙高度对琴键堰泄流能力的影响,通过模型试验对比分析了8种不同高度护墙琴键堰的泄流能力,并通过数值模拟对5种不同高度护墙琴键堰各溢流前缘的泄流量、水面形态以及流速分布等特征进行了分析。结果表明:相较于基础体型,增设护墙提高了进口和出口宫室的泄流效率和泄流量占比,提高了侧堰泄流量,减少了侧堰溢流碰撞,提高了水流下泄流速,从而提升了琴键堰的泄流能力;增设护墙高度为堰高的13%时,泄流能力提升最大,当相对水头 H/P<0.20、0.20相似文献   

琴键堰泄流能力特性分析

琴键堰(P.K堰)是目前水库大坝溢洪道升级改造新技术中出现的堰型,它能有效解决现有水库极端致灾因子条件下泄流能力急剧增加的问题。设计P.K堰首先要研究其泄流能力特性,它直接关系到PMF条件下最大水库水位或库容的确定。本文首先对最近两年发表的P.K堰泄流能力公式进行了对比,然后结合已有试验数据,通过量纲分析和多参数优化,给出了推荐公式,并利用该公式对P.K堰的泄流特性和超泄能力进行了研究。结果表明,当上游水头较小,一般H/P0.2时,P.K堰流量系数较大,超泄比系数大于3,泄流量增量比较明显,随着上游水头的增大,堰的总宽度对泄量起主要作用,其泄量增大的优势也越来越弱,实用范围内的超泄比在1.2~3.5之间。本文给出公式的预测值跟已发表的试验值符合良好,平均误差在5%~8%,比Machiels公式误差更小,该公式可供P.K堰泄流能力评估和优化设计时参考。     

琴键堰不同堰高泄流特性的数值模拟

采用基于VOF自由面捕捉的全三维紊流数值模拟的方法,对琴键堰各个流量断面进行了泄流量的分析。通过比较五种不同堰高的琴键堰的泄流情况,分别从各个断面的流量所占的百分比、单宽流量和泄流效率等方面,得出了堰高对各断面的影响,从而得出了堰高越高泄流能力越强的结论,为今后的工程和研究提供参考。     

琴键堰过流水力特性数值模拟

琴键堰是一种新型的迷宫堰结构形式,其特点是相同堰宽、水头条件下泄流能力提升显著,采用RNG k-ε型湍流数学模型,VOF法处理自由水面,建立三维数学模型。通过对不同工况琴键堰体型的模拟计算,获得三维流场水流流态、流速等信息。结果表明:(1)采用Fluent软件对琴键堰进行数值模拟的适用性强,并验证了琴键堰的泄流效果显著;(2)琴键堰的三维流场流态复杂,具有三元水流的性质,堰上水头的变化影响琴键堰的泄流能力;(3)上、下游处水流呈明渠流状态,速度最小,为0.2m/s,流经堰体时形成水舌,流速增大,水舌与堰壁间空腔处有通气孔掺气,形成漩涡区,气体流速2m/s,水舌入水后有水气混掺。利用数值模拟技术,使获得的流场信息更加详尽,为进一步研究琴键堰流场特性奠定基础。     

琴键堰泄流能力影响因素与计算分析研究

近年来特大洪水和超标准洪水频繁发生,已建水利工程泄流能力不足问题日益突出。琴键堰在适当低水头条件下具有高效泄流效率。归纳了琴键堰主要结构参数对其泄流能力的影响及最佳取值,总结了琴键堰流态对泄流能力的影响,分析了琴键堰发生低水头行为的条件参数。通过对比现有琴键堰泄流能力估算公式,并结合国内外已有试验数据,采用遗传算法拟合推导了基于溢流堰轴线长度L、堰宽W、堰长B、堰高P、进出水宫室宽度比W_i/W_o及上下游倒悬长度比B_o/B_i流量系数计算式,整体误差小于6%。该式计算简单,适用于琴键堰整体泄流能力估算,可根据实际需求选取合适的估算公式。琴键堰主要结构参数的最佳取值及泄流能力的计算方法可为超标准洪水条件下泄流建筑物设计或改建提供估算依据。     

不同上下游倒悬比琴键堰泄流特性试验研究

琴键堰是一种新型的迷宫堰,具有超强的泄流能力,受地形限制影响小等特点,被认为是目前解决水库泄流能力不足的有效方案之一。为了弄清楚琴键堰关键体型参数之一——上下游倒悬比(B_o/B_i)对其泄流能力的影响规律,在长16 m、宽0.5 m、深0.75 m的矩形钢化玻璃水槽中建立了三种不同上下游倒悬比的琴键堰模型并分别进行了19种不同流量工况下的过流试验,得到了对应工况时水面线的高清实拍照片和琴键堰的上下游水位等信息。结果表明:不同上下游倒悬比的琴键堰模型上的自由表面均呈现有随流量增大而由水平到弯曲再到大斜率倾斜的变化过程。对于B_o/B_i大于1的琴键堰模型,B_o/B_i越大,琴键堰的超泄比越大且泄流能力也越强。当B_o/B_i为2.5时,其泄流量最大比B_o/B_i=1时提高约16%。另外,通过量纲分析的方法,进一步拟合了含多参数、高精度的琴键堰泄流系数公式。     

某水电站琴键堰体型优化试验研究

琴键堰是一种新型的高效溢流堰,以曲折的堰顶结构来增加溢流前缘总长度,使得其泄流能力远超直线堰。针对某拟建水电站琴键堰泄流能力不足的问题,提出了增加展宽比(L/W)、增加堰高(P)和增加堰高且减少单元数(n)的优化方案,并通过物理模型试验进行验证,得到了满足设计要求的推荐方案。此外,本研究还探讨了水工模型类别(整体及断面模型)和比尺效应对琴键堰泄流能力的影响。通过对比分析优化方案可知：方案M1(展宽比L/W由7.75增至8.88)中,琴键堰泄流能力得到了一定程度的提高,但泄流能力仍不满足设计要求;方案M2(堰高由4.50 m增至6.50 m)和M3(堰高由4.50 m增至6.90 m,单元数由17.5个减至8.5个)中,琴键堰泄流能力显著增加,该两种方案皆可满足设计要求。试验结果表明：与琴键堰整体模型相比,其断面模型测得的泄流能力偏大约6%;对于琴键堰,当模型堰上水头大于2.50 cm时,比尺效应对琴键堰泄流能力的影响可以忽略。     

一种新型的迷宫堰布置形式-P.K堰

P．K堰顶部宽而底部窄，有效增加了堰的展长，增加了泄流能力，尤其适用于现有溢流坝的改造。模型试验表明，P．K堰的泄流能力远大于直线堰，B型P．K堰的泄流能力高于A型。     

琴键堰水力特性数值模拟

为了探究琴键堰水力特性,采用VOF模型模拟了琴键堰运行时的三维流场,采用Lempérière的试验结果验证了VOF模型数值模拟方法的可靠性。通过不同几何结构的琴键堰进行的正交数值试验,确定了影响琴键堰泄流效率的主要几何参数;并针对这些几何参数,进行了数值仿真计算和理论分析,推导了琴键堰的新流量计算公式,经验证,该公式最大相对误差为6.7%,平均相对误差为3.7%。研究成果可为琴键堰的设计和工程应用提供可靠理论依据。     

基于正交试验法的埋地钢管参数敏感性分析

埋地钢管在设计时需考虑管周土体和沟槽对钢管的影响,但土体力学参数和沟槽形态参数对钢管结构的影响研究不够深入。通过引入正交试验法,以钢管最大竖向变形和钢管顶、腰、底处环向弯曲应力为试验指标,进行回填土变形模量E₁、砂垫层变形模量E₂、垫层包角θ、沟槽底部开挖宽度B和沟槽侧壁倾角α关于试验指标的敏感性分析。研究表明:对钢管变形和应力敏感性较高的因素有E₁、E₂、α;B的敏感性较低;θ的敏感性最低。埋地钢管的土体变形模量高、沟槽窄对钢管结构有利,沟槽侧壁倾角影响较为复杂,需结合具体工程进行分析。研究成果可为合理选取埋地钢管的结构设计参数,提供一定的参考依据,同时也为类似问题提供一种分析思路。     

局部动荷载作用下土拱效应的离散元分析

在实际工程中,土拱效应不可避免地受到动荷载的影响.基于Trapdoor模型试验,建立了相应的离散元分析模型,通过比较模型试验结果与数值模拟结果,从应力和变形2个方面验证了数值模型的可靠性,并在此基础上研究了内摩擦角、荷载幅值和荷载频率对土拱效应的影响.为定量衡量土拱效应的退化程度,定义了土拱退化参数α.结果表明,在局部...     

Discharge Coefficient for Trapezoidal Labyrinth Side Weir in Subcritical Flow

The discharge coefficient of a trapezoidal labyrinth side weir is a function of the Froude number F ₁, the dimensionless effective crest length L/ℓ, the dimensionless weir length L/B, the dimensionless weir height p/h ₁, and the sidewall angle α. A labyrinth weir is an overflow weir, folded in plan view to provide a longer total effective length for a given overall weir width. These weirs have advantages compared to the straight overflow weir and the standard ogee crest. Previous studies on the subject have generally focused on rectangular side weirs located on a straight channel. The present study investigates the hydraulic behavior of a trapezoidal labyrinth side weir. The results show that the discharge coefficient of labyrinth side weirs gives a significantly higher coefficient value compare to that of conventional straight side weirs. Discharge coefficient of the trapezoidal labyrinth side weir is 1.5 to 5.0 times higher than the conventional straight side weir. Consequently, an equation for the coefficient of discharge is introduced. The results predicted by the equation were shown to be very satisfactory using root mean square error (RMSE), mean absolute error (MAE) and correlation coefficient (R) statistics.     

Prediction of Discharge Coefficient for Trapezoidal Labyrinth Side Weir Using a Neuro-Fuzzy Approach

Adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) is considered for flow over trapezoidal labyrinth side weirs located on a straight channel as a substantial part of distribution channels in irrigation systems and treatment units. To estimate the outflow over a trapezoidal labyrinth side weir, the discharge coefficient in the side weir equation needs to be determined in according with the effective dimensionless parameters which is Froude number, the sidewall angle, the ratios of weir length to channel width, weir length to total crest length and weir height to flow depth. 670 laboratory test results are used for determining discharge coefficient of trapezoidal labyrinth side weirs. The performance of the ANFIS model is compared with artificial neural networks (ANN), non-linear regression (NLR) and multi-linear regression (MLR) models. The comparing criteria used for the evaluation of the models’ performances are root mean square errors (RMSE), mean absolute errors (MAE) and determination coefficient (R²) statistics. Comparison results indicated that the ANFIS technique could be successfully employed in modeling discharge coefficient. It is found that the ANFIS model with RMSE of 0.090 in test period is superior in estimation of discharge coefficient than the nonlinear and linear regression models with RMSE of 0.124 and 0.279, respectively.     

Hydraulic Performance of PK Weirs Based on Experimental Study and Kernel-based Modeling

Water Resources Management - A piano key weir (PK weir) is a non-linear, labyrinth-type weir that benefits of a high discharge capacity, and is well suited for low head dams. Determination of the...     

浅谈对迷宫堰实验的研究

以试验为基础,介绍梯形迷宫堰模型的过水试验过程,分析研究梯形迷宫堰的水力特性、泄流能力及泄流效率和通气设施对迷宫堰泄流能力及泄流效率的影响,并以图表的形式给出试验结果。其试验结论和研究成果对于迷宫堰的工程设计和应用具有很好的参考价值,并为迷宫堰的某些具体应用提供直接而有力的证据和理论基础。     

饱和软黏土应变累积特性及经验模型

为了更加真实地描述地基饱和软黏土在长期交通循环荷载作用下的永久变形特性,借助GDS变围压动三轴试验系统对温州饱和软黏土开展了一系列恒定围压应力路径(CCP)以及变围压应力路径(VCP)下的部分排水循环加载试验,重点分析了循环动应力比(CSR)、应力路径(α)及其长度(L)对饱和软黏土永久轴向应变的影响。试验结果表明:在给定的循环次数(N)下,永久轴向应变随着CSR的增大和α的减小而增大,可分别采用指数函数和对数函数描述永久轴向应变与CSR和α之间的关系。基于试样经历10 000次循环后的永久轴向应变,通过归一化处理发现归一化永久轴向应变(ε^p_{a,10 000}/ε^p,CCP_{a,10 000})与归一化应力路径长度(L/L_CCP)和归一化平均主应力幅值(p^ampl/p^ampl_CCP)之间分别呈对数和线性关系且与CSR无关。进一步构建了考虑CSR、α以及N综合影响的对数型经验模型并对不同应力路径下的永久轴向应变进行了预测,预测结果与实测值呈现出较好的一致性。