基于BP神经网络的复合型挑坎体型参数反演研究

以某大型水电站溢洪洞工程数据为主要设计依据,采用传统的水力学计算模型,以3种不同的水力参数——斜切角、挑射角及扩散角研究挑流鼻坎水舌落水范围,用挑距、水舌旋转的角度及水舌弧长对落水范围和冲刷强度进行描述。以经过水力计算并试验验证的溢洪洞48个挑流数据为样本,用BP神经网络模型扩大数据样本,再通过BP神经网络优化和反演模型,预测约束水舌落水范围内,水舌弧长最大对应最优的挑坎体型设计参数。结果显示,当约束水舌落水范围靠近河道中泓线,且水舌弧长为最长、冲刷最小时,对应最优挑坎斜切角为25°、挑射角为29°、扩散角为6°。分析表明,此方法可在约束条件下实现最优挑坎体型设计,在效率上、效果上优于物理模型试验和相关数值模拟研究,为实际工程应用BP神经网络模型反演复合型挑流鼻坎体型设计提供了技术支撑。     

高拱坝多股挑流水舌入水优化间距的研究

应用紊动射流理论，对高拱坝多股挑流水舌在水垫塘中扩散的水力特性 和水流流态进行了分析，提出了多股挑流水舌入水优化间距的数学模型，试验资料验证表明，该数学模型简单可行，研究成果可为高拱坝水垫塘水力设计参考。     

水垫消能的水力计算问题讨论

文中回顾了水垫消能的流态及相应的计算方法,水舌在水下的扩散,流速分布、动水压强分布及允许动水压力的研究成果,列出了水力参数的计算方法,可供设计参考。     

窄缝式消能工的水力特性及其体型研究

叙述了窄缝坎挑流的水流特性，消能标准及其体型Lα，β,b,B的选择，窄缝使水舌出流挑角θ2增大，水舌纵向拉开。试验提供了不同β与θ2变化关系的试验成果及水舌纵向拉开值的估数式，解决了水力计算中的这一问题，可供工程设计人员参考。     

窄缝消能工水力特性的数值模拟与试验研究

本文对高拱坝深孔窄缝消能工的有压洞段及出口的压力、沿程水面线、沿程流速分布、水舌入水角度、水垫塘底板的动水压力分布等水力要素进行了研究,采用基于VOF两相流的标准k-ε双方程紊流数学模型对各水力要素进行了数值模拟,并与模型试验结果进行比较。结果表明:数值模拟结果与模型试验吻合良好,说明利用该数学模型模拟窄缝收缩段、空中射流水舌及水垫塘的水力特性是可行的。利用抛射体理论计算公式得到各种形式下水舌进入水垫塘的运动轨迹、入射角及入射流速,弥补了模型试验中无法测量空中水舌流速分布的不足,可以为工程设计及应用提供一定的参考依据。     

空中水舌水力特性的数值模拟研究

空中水舌的水力特性与下游雾化及冲刷密切相关,因此得到空中水舌形态、水舌扩散特性和断面流速分布等计算公式十分重要。对空中水舌进行三维数值模拟,在等宽出口形式下,通过改变来流断面水流弗劳德数Fr,重点研究了水舌紊动扩散规律、断面流速分布规律等,并采用理论推导法得到沿程断面平均流速的计算公式。研究结果表明:Fr值越大,水流沿程横向扩散越强烈;水舌横向扩散率初始较大,随着射距的增加,扩散率逐渐减小;水舌纵向厚度同射距近似呈直线关系;断面流速分布服从正态分布,且不同射距处的无量纲流速分布曲线可用同一条曲线表示。     

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。     

水流掺气对明流泄洪洞及挑坎水力特性的影响

水流充分掺气可以避免高流速泄洪设施发生空蚀,但也会改变相关水力特性。通过对某大坝泄洪洞掺气设施水力模型试验及关于水流表面自掺气发生条件的相关分析,提出了在全程流速超过38 m/s,长度达550 m的明流洞内仅布置一级掺气设施的建议,较通常情况减少了两级;并针对泄洪洞出流方向与河道流向交角达60°的特点,研究提出了一种大差动异型鼻坎消能工。水工模型试验成果表明,其挑流水舌沿河道纵向扩散良好,水舌外缘与河道对岸保持了30 m以上的安全距离。该泄洪洞建成后经历了高水头、较长时间的泄洪运行,明流洞和鼻坎消能工均无空蚀发生,但挑坎水舌却冲刷到对岸边坡。     

坝身泄洪水气两相流二维数值模拟

为了全面了解坝身泄洪水力学特性,采用基于VOF方法的水气两相流二维紊流数值模型对坝身表孔泄洪进行了计算模拟,得到的坝面压力、水舌入水点等水力特性与1:50比尺的整体模型试验值基本吻合,同时还进一步分析得出了坝后较真实的水舌风场、坝身泄洪的能量损失过程以及水垫塘的水流特性,表明两相流数值模拟是研究坝身泄洪水力特性的有效方法。     

水垫塘底板稳定性控制指标的探讨

基于几个高坝水垫塘底板水力模型试验研究，对稳定性控制指标进行了探讨。从脉动压强、上举力和冲击压强之间关系的角度，得出了冲击压强所表示水动力荷载的量化指标。文中所述成果可用以评价类似工程的底板稳定性并作为设计依据。