百色水利枢纽溢流重力坝消能工试验研究

介绍百色水利枢纽采用表孔宽尾墩——中孔——消力池联合消能工的水流特性和消能效果。与常规直尾墩消力池对比，宽尾墩联合消能工有效地提高了消能效率，池内水深增加，流速显著降低；并缩短消力池长度，提高护坦高程，节省了工程量。是解决复杂地质条件下高坝、大流量消能防冲的有效途径。     

百色水利枢纽泄水建筑物设计

泄水建筑物为表孔与中孔双层布置，采用表孔宽尾墩──中孔跌流──消力池联合消能工，经水工模型试验验证，水力条件满足设计要求。     

泄洪表孔宽尾墩加消力池联合消能工的应用

 通过对已建的一些采用表孔宽尾墩加消力池的重力 坝调研资料及理论分析，表明宽尾墩可增加水流的三维特性，降低形成水跃的第二临界 水深，从而可以使消力池底板抬高、池长缩短。因此，建议皂市水电站的泄洪消能布置亦可 采取此种形式。     

索风营水电站泄洪消能水力特性试验研究

为缩短工期，提高工效，索风营水电站采用宽尾墩 台阶坝面 消力池的联合泄洪消能形式。通过三种不同比尺的模型试验，分析比较了枢纽布置、表孔泄流能力、宽尾墩、台阶坝面及下游消能防冲等问题，提出了X形宽尾墩，它具有传统宽尾墩大单宽泄洪消能作用，同时又有台阶坝面小流量消能作用，使消力池底板承受冲击压强减小30％。     

表底孔与消力池联合消能水力学研究

通过某工程的水工实体模型试验,对枢纽消力池尾坎采用二元连续坎以及差动坎进行了对比研究,并根据试验成果,拟合分析了基于表孔宽尾墩-底孔挑流-消力池联合消能工的强迫水跃长度公式.联合消能工的消能机理主要是利用宽尾墩本身在堰顶产生的多股收缩射流在消力池水垫内的相互碰击来加强水流内部的紊动剪切和掺混作用,使过堰水流的动能更多地转换为热能和势能,从而消杀泄洪能量.其成果可供相关工程设计研究参考.     

新型宽尾墩在索风营水电站的应用与研究

把宽尾墩应用到碾压混凝土台阶溢流坝面，形成“宽尾墩+台阶坝面+消力池”联合消能工，是我国科技工作者的一大创举。索风营水电站单宽流量达207m3/s·m，在应用台阶溢流坝面工程中属最大，经模型试验验证常规宽尾墩联合消能工已不能满足要求，于是提出了一种新型宽尾墩形式——X型宽尾墩，它继承了传统宽尾墩的优势，又拓宽了台阶坝面的消能作用。本文是“X型宽尾墩+台阶坝面+消力池”联合消能工在索风营水电站应用的水力特性研究成果的一部分。     

安康水电站表孔消力池破损原因分析及加固处理

安康水电站表孔消力池采用宽尾墩－消力池新型联合消能工，自１９８９年导流底孔下闸蓄水运用以来，经过抽水检查，发现消力池破损严重，如池底板变形、结构缝开裂等。经研究，采取打锚筋、灌浆等加固处理措施，取得了较好的效果。实践表明，今后应加强对表孔消力池的运行管理，认真研究此种新型消能工的设计理论，确保大坝安全。     

宽尾墩联合消能工在百色水利枢纽的研究和应用

介绍宽尾墩联合消能工在百色水利枢纽的研究和应用（１）采用宽尾墩－中孔－消池联合消能工的试验研究和水力计算；（２）采用宽尾墩一阶梯式坝面－消力池联合消能工的试验研究。     

乌江思林水电站泄洪消能建筑物设计

思林水电站溢流表孔堰上水头与单宽泄量两项指标远远超过已建同类工程，而且最大泄洪总水头在百米左右。通过分析比较和模型试验论证，表孔采用X型宽尾墩＋台阶坝面＋戽式消力池联合消能的消能工，适应大流量低佛氏系数泄流消能的特点，利用宽尾墩三元漩滚水跃消能特性，提高了消力池的消能率，缩短了池长，节省了工程量。     

白水峪水电站设计中几个关键问题

白水峪水电站在技施设计阶段坚持采用新技术、新工艺，优化设计，解决了关键技术问题：采用“表孔宽尾墩十戽式消力池”新型消能工；加强对边坡变形的监测和采用锚固洞、锚固桩加固方案；坝体纵缝用斜缝不灌浆结构型式；表孔弧门闸墩采用预应力结构；戽式消力池底板缝间设封闭止水铜片；主厂房采用“雁形板”屋面；以及机电设计采用新技术等等，共计节省工程投资１０００多万元，为降低工程造价发挥了重要作用。     

阶梯溢流坝和宽尾墩及消力池组合消能的水流数值模拟研究

采用两相流模型,辅以Realizable k湍流模型,来模拟阶梯溢流坝和消力池组合以及阶梯溢流坝、宽尾墩和消力池组合两种联合消能工的水力特性,获得了流速场、压强场、紊动动能及紊动动能耗散率等物理参量的分布。网格划分采用了分区域划分:模型中任何形状不规则的复杂部分采用非结构网格划分,对形状规则的部分则采用了结构网格划分,并根据流动梯度的大小安排网格的疏密程度。采用有限体积法对控制方程进行离散。采用了VOF法处理自由水面,使用PISO算法求解速度与压力的耦连方程组。比较分析了两种消能工在速度场、压强场、紊动动能及紊动动能耗散率的差异。研究结果表明:受宽尾墩的影响,坝面及消力池中的流速均小于无宽尾墩的情况,而台阶坝面的压强明显高于无宽尾墩的情况;在消力池中紊动动能及其耗散率均大于无宽尾墩的情况。可见,阶梯溢流坝、宽尾墩和消力池组合消能工的消能优于无宽尾墩的情况。     

宽尾墩射流作用下消力池底板的稳定

在模型试验基础上 ,论述了溢流坝宽尾墩下游消力池的水流特性 ,池底板动水荷载分布 ,底板失稳过程和机理 ,并在一定的假定条件下推导出底板稳定厚度和水垫深度之间的关系 ,为池底板的分区厚度设计提供了科学依据     

宽尾墩下游消力池底板动水荷载试验研究

“宽尾墩 消力池”是 3 0年前由我国首先提出并发展起来的消能形式。在依托工程模型试验的基础上 ,通过大量点、面水流脉动荷载测试数据的综合分析 ,基本掌握了宽尾墩射流作用下消力池底板动水压力的规律性分布 ,提出了点、面脉动荷载系数确定方法和结果 ,不仅为工程消力池底板结构稳定计算提供了科学依据 ,而且也提高了该消能形式水流动力特性的认识。     

平班消力戽应用"顶部跌流型宽尾墩"的试验研究

平班水电站溢流表孔的消能方式是在"Y型宽尾墩"的基础上,经过试验探索和模型验证,提出的适合于中等坝高、大单宽流量、下游水深浅等具体工程条件的新型消能工--"顶部跌流宽尾墩 戽式消力池"联合消能型式,工程实践证明,这种消能方式为缩短池长、改善流态及节省工程投资取得了明显的效果.     

百色水利枢纽溢流坝掺气减蚀研究

百色水利枢纽工程RCC主坝高130m，最大水头差102m，溢流坝最大单宽流量约166m^3／S，流速超过40m／s，采用宽尾墩加消力池联合消能，由于水头高，流速大，堰面气蚀问题突出，水流掺气是减灭气蚀的有效方法，通过分析其它工程掺气减蚀的经验，就百色水利枢纽大比例尺模型试验来研究百色掺气水流的特性，掺气减蚀效果的评估以及掺气坎的最佳布置。     

尾坎自由出流消能计算应用实例

消能工的消能设计对于下游河床的安全有着重要影响,当消力池下游连接斜坡段形成尾坎自由出流时,其消能计算方法尚不完善。根据龙洞水库安全鉴定实例,针对其溢洪道消力池尾坎自由出流的情况进行了消能复核计算分析,可为类似工程提供一定的参考和借鉴。     

趾墩悬栅联合消能紊动及荷载特性数值模拟

基于Navier-Stokes方程和RNG k-ε湍流模型,采用流体体积函数法(Volume of Fluid,VOF)追踪非线性自由界面,对比趾墩悬栅联合消能与单一悬栅消能2种方式的水力特性差异,模拟水跃过程产生的大尺度紊动及水汽两相的强烈掺混作用。获得消力池内精细流场结构及边壁所受压力变化,以此对紊动特性及压力分布规律进行研究。结果表明:趾墩悬栅联合消能结构显著增加了渥奇段内水体紊动强度与规模,其中0.4＜h^*＜0.8(h^*为相对水深)范围内紊动强度相较单一悬栅显著增加,沿程衰减显著;消力池底板动水压力呈现明显波动,其平均动水压力相比单一悬栅略有降低;压力脉动峰值位于0.3＜x_p＜0.4(x_p为沿程相对位置),其动压力系数为消力池底板最大动水压力系数的2.0~2.4倍。研究成果可为消能机理的研究提供可靠依据。     

增设收缩墩后的跌坎消力池三维流场研究

当消力池池长和池宽受到限制时,跌坎底流消能工在大单宽流量、低Fr来流条件下引起的振荡水跃对消力池具有较大的破坏力;模型试验研究发现,在跌坎消力池前采用收缩墩后的联合消能工可有效解决上述问题。选取RNG k-ε模型和流体体积函数法(Volume of Fluid,VOF)自由液面追踪法,构建有无收缩墩2种跌坎消力池并进行数值模拟,得到流场内的水力特性,并结合试验数据对有无收缩墩的2种跌坎消力池方案进行对比分析。结果表明:跌坎消力池池内紊动能不足和大尺度漩涡的不稳定性是引起振荡水跃的主要原因;设置收缩墩后水流经收缩墩横向收缩和纵向拉伸后形成收缩射流,在消力池内形成2条细长的强紊动区,形成了更多三维漩涡,漩涡尺度变小,紊动剪切加剧,破坏了不设收缩墩时的水跃旋滚,有效地消除了振荡水跃。这种消能工对工程条件限制下的低Fr数、大单宽流量底流消能具有较高的推广应用价值。     

阶梯式消能工与掺气墩在工程中的联合运用

为使溢洪道具有较好的泄流条件,提高消能效率同时节省投资,提出了阶梯式溢洪道与掺气墩相结合的联合消能方式。以某水库溢洪道改造工程为例,对溢洪道的阶梯尺寸、掺气墩的结构及布置型式进行了探讨,最终泄槽段采用了1 m的阶梯形式与前倾30°的圆柱形掺气墩相结合的联合消能方式。试验结果表明,阶梯式消能工和掺气墩联合运用消能效果优异,水流条件明显改善。