旋流环形堰竖井泄洪洞三维流场数值模拟

旋流环形堰竖井泄洪洞是一种新型的环境友好的内消能工, 跟传统环形堰竖井泄洪洞相比, 泄洪洞的流态和 消能防蚀机理明显不同。作为一种新型布置形式, 其复杂的水流特性并不是十分清楚。依托于广东清远抽水蓄能 电站下水库泄洪洞工程, 基于RNG k2E双方程湍流数学模型, 并结合VOF( Volume Of Fluid) 方法, 对下库旋流环形 堰竖井泄洪洞进水口、竖井旋流泄洪洞、出口的复杂水流进行了三维数值模拟, 并对部分水力参数的特性进行了解 析计算, 获得了流态、压力、流速、空化数等水力要素的变化规律。模拟结果表明, 数值计算结果与物理模型试验成 果吻合较好。并通过数值模拟验证了该新型内消能工的泄流能力和高消能效率。     

新型竖井泄洪洞自调流机理和特性研究

该文提出一种新的由自调流潜水起旋墩为核心构成的旋流环形堰竖井泄洪洞,在泄洪流态和消能防蚀方面与常规喇叭形竖井泄洪洞有较大不同。为明晰该新体型的调流机理和系统水力特性,对新型环形堰竖井泄洪洞进水口、旋流泄洪洞、出口的复杂水流运动进行了数值模拟研究,获得了该新体型进水口流态、旋流空腔发展过程、竖井内部流态、平洞自由水面、压力等主要水力要素的分布规律。结果表明:计算得到的上述水力学要素分布规律与模型测量趋势上一致,量值上吻合较好。模拟结果也较好揭示了自调节潜水起旋墩的旋流、自调流机理以及泄洪洞的消能原理。     

新型旋流环形堰竖井泄洪洞数值模拟和特性分析

生态环境友好型的洞内旋流消能工是当前泄洪消能领域一个重要的研究热点和方向。为克服以螺旋型经典涡室或传统喇叭形堰构成的旋流竖井泄洪洞易出现的漩涡、气爆、振动、防空蚀设施复杂等难题,改变一般的防漩、消涡观念,提出一种新的由自调流潜水起旋墩为核心构成的旋流环形堰竖井泄洪洞,虽脱胎于常规喇叭形竖井泄洪洞,但在泄洪流态和消能防蚀方面又另辟蹊径。作为一种新型的旋流布置体型,已有研究缺乏系统性,其复杂的水流特性并不是十分明了。依托广东清远抽水蓄能电站泄洪洞工程,对新型环形堰竖井泄洪洞进水口、旋流泄洪洞、出口的复杂水流运动进行了三维数值模拟,并对部分水力参数的特性进行了解析计算,获得了该新体型旋流空腔流态、自由水面、合成流速、压力等水力要素的分布规律。结果显示:计算得到的上述水力学要素分布规律与模型测量值吻合较好,模拟值与初步建立的新体型水力特性理论解析值较为接近,表明解析计算方法具有一定的实用价值。模拟计算结果为进一步明晰新型环形堰竖井泄洪洞各部分水流特性和揭示自调节潜水起旋墩的旋流运动机理提供依据。     

旋流喇叭形竖井泄洪洞水力学机理及应用

改变传统的防漩消涡观念,研究出一种带有潜水起旋墩的新型喇叭形竖井泄洪洞,在各种水头下均能产生稳定的空腔旋转流运动,用以消除溢流堰和竖井的负压,避免发生空蚀,同时提高泄洪洞的消能率.潜水起旋墩同喇叭形堰外缘的切线成小角度连接,其旋流运动机理是,当水流漫溢堰顶时,开始产生旋转流,而当水深超过起旋墩顶时自动扩大人流角度和加大...     

旋流竖井式泄洪洞关键技术问题研究

旋流竖井泄洪洞的关键问题是:(1)涡室进口与竖井连接段跌坎处易产生负压;(2)高尾水位泄洪洞排气难,出口易发生气爆。针对这两个问题,通过试验研究提出消除涡室连接段负压和防止泄洪洞出口气爆的简易工程措施并介绍了涡室、竖井结构尺寸优化研究成果。     

多洞联合泄洪通风补气系统运行特性

结合水-气分层流理论,构建了如美泄洪洞与溢洪洞联合泄洪通风补气系统理论计算模型,研究了如美多条泄洪隧洞的通风补气特性,绘制并总结了如美各条泄洪隧洞的负压、补气竖井风速及通风量随泄洪洞洞顶余幅高度及其补气竖井截面尺寸的变化规律。结果表明：泄洪洞负压出现极小值和极大值并存的3分区,而溢洪洞负压无明显变化;泄洪洞补气竖井风速和通风量出现极大值,溢洪洞补气竖井通风量反之出现极小值。综合考虑各条隧洞通气参数的变化,可为联合泄洪系统中泄洪洞及其补气竖井尺寸的选择提供参考依据。     

新疆某工程表孔溢洪洞水工模型试验研究

通过建立表孔溢洪洞减压模型试验,在不同水位泄流条件下,对泄洪洞的进口段、竖井段的水流流态、动水压力、水流空化数进行观测分析,试验结果显示:进口为稳定的溢流堰自由泄流,进口及竖井水流流态较好,溢流堰跌坎及竖井环形掺气坎后均能形成稳定的掺气空腔;溢流堰面、竖井内的压力分布合理;水流空化数均满足规范要求,不会发生空化水流。     

旋流喇叭形竖井泄洪洞水力学机理及应用

改变传统的防漩消涡观念，研究出一种带有潜水起旋墩的新型喇叭形竖井泄洪洞，在各种水头下均能产生稳定的空腔旋转流运动，用以消除溢流堰和竖井的负压，避免发生空蚀，同时提高泄洪洞的消能率。潜水起旋墩同喇叭形堰外缘的切线成小角度连接，其旋流运动机理是，当水流漫溢堰顶时，开始产生旋转流，而当水深超过起旋墩顶时自动扩大入流角度和加大泄量，在底层旋流的拖曳下作同步强力旋转流运动。所提出的设计理论和试验研究成果已应用到广东清远抽水蓄能电站的竖井泄洪洞设计中。     

吉音水利枢纽竖井旋流泄洪洞水力特性试验研究

通过1∶30的水工模型对吉音水利枢纽竖井旋流泄洪洞的水流流态、压力分布、流量系数等水力特性进行了研究,分析了在进水口溢流堰末端增设掺气坎对进水口及竖井内流态及通气孔风速的影响。研究结果表明:在溢流堰末端增设掺气跌坎有利于减小溢流堰面的负压、防止空蚀破坏、简化进口体型设计,且有利于泄洪洞的安全运行。     

大石门水电站总体设计及竖井式溢洪道的应用

本文介绍了大石门水电站利用当地丰富的块石材料,修建了适合严寒地区施工的沥青混凝土心墙堆石坝。在峡谷河道中把施工导流洞改造为泄洪洞,解决了峡谷河道施工导流和总体布置困难的问题。在大型水库中采用竖井式溢洪道泄洪,利用有利的地形条件布置环形自由溢流堰,并在竖井下部设消力井进行消能,以减小洞外消能工的规模。     

竖井旋流式泄洪洞数值模拟

本文采用k-ε双方程紊流模型及基于水气两相流的VOF方法，数值模拟竖井旋流泄洪洞复杂的水流运动，得到自由水面，流速及压力等水力要素的分布规律。数值模拟结果与已有模型试验数据的对比分析表明，采用的数值方法能够较好地模拟竖井旋流泄洪洞泄流过程。此外，利用数值模拟的结果对竖井的泄流能力和消能率进行了验证。     

竖井式溢洪道进水口体形优化设计与研究

进水口体形设计是竖井式溢洪道设计关键问题之一。通过物理模型试验与数值模拟相结合的方法,对海南琼中抽水蓄能电站的竖井式溢洪道进水口进行优化设计,最终确定了在环形溢流堰堰顶增设6道不等高导流墩的布置形式。溢洪道进水口优化设计后,有效改善了堰顶流态,减小了进口库水位波动,增大泄流能力。     

水电站泄洪洞体型优化模型试验研究

文中针对石头峡水电站"龙抬头"式泄洪洞进行了模型试验研究,指出原设计体型存在的问题,对泄洪洞"龙抬头"段、出口挑坎体型进行了优化,并进行了试验验证。优化后泄洪洞水流流态较好,壁面未产生过大负压,出口水流归槽良好。     

旋流式泄洪洞的特点及其运行可靠性分析

旋流式泄洪洞和常规洞一样也存在空蚀敏感区(在起旋洞水流转向的升坎处)。为了防止发生空蚀，在溢流堰的一侧墙设掺气折流坎，产生旋涡气囊进入竖井，向升坎处补气，同时在起旋洞的进口设增压折流坎，缩短螺距，使旋转流经过升坎，在离心力的作用下消除负压。采用掺气和增压这两项技术措施，可大大提高旋流式泄洪洞的运行可靠度。     

高低堰竖井溢洪道的研究与应用

基于扎毛水库泄洪工程,研究水库枢纽工程充分利用导流洞或临时交通洞改建竖井溢洪道的进口体型和水流特性,独创了高低两种堰型共用的高低堰竖井溢洪道。对高低堰竖井溢洪道进行进口体型设计、竖井结构设计和水力模型试验验证,率定了高低堰联合运用下的水位-流量关系曲线,测定了负压位置和强度,调整了通气孔位置,设计研究成果在工程中得到了成功运用。     

溢流坝堰面曲线优化设计的研究

文章提出设计溢流坝的堰面曲线应该为坝面不产生负压,泄流能力大的较为理想断面的设计思路,并提出了可供选用的方法.     

环形薄壁堰堰首竖井水力特性研究——以安徽绩溪抽水蓄能电站竖井溢洪道工程为例

一般水利工程的溢洪道，大多采用岸边式，但当两岸山体布置岸边溢洪道存在山脊单薄、岩体风化深、开挖量大等不利地形条件时，可采用开敞式竖井溢洪道的形式。而竖井进口水流流态的好坏直接影响竖井的结构稳定和消能效果。以安徽绩溪抽水蓄能电站为例，通过模型试验，对竖井4种不同堰首结构的水力特性进行了对比研究。结果表明，采用一种新型环形薄壁堰首结构，在堰顶设置4～6个隔墩，将堰顶分成对称的溢流表孔环形进流，能有效改善水流流态、降低水流对竖井壁的冲击，提高竖井的安全稳定性。     

某水电站深孔泄洪洞改建发电洞水工模型试验研究

WQ水电站是以防洪、灌溉、发电为主的水利工程。为了给新建发电厂房供水,最大限度发挥已建深孔泄洪洞的作用,需将深孔泄洪洞改建为引水发电洞。笔者结合原设计方案,对改建后的深孔泄洪洞进行水工模型试验,验证在不同运行工况下深孔泄洪洞的泄流能力,分析其对大坝防洪安全的影响,讨论了洞内流态的变化以及工作闸门在高水头作用下的运行方式是否会导致洞内出现负压等。通过模型试验可知,改建对深孔泄洪洞泄洪能力无明显影响,且洞内流态良好,洞身无负压出现。改建后的深孔泄洪洞满足工程实际运行需求,可为相关改建项目提供参考。     

水平旋流泄洪洞原型和模型的脉动压力特性对比与分析

依据公伯峡水平旋流泄洪洞原型观测和反演模型试验的成果,对这种新型水平旋流内消能泄洪洞在闸门启闭过程中的脉动压力特性进行了对比与分析。研究表明环形掺气坎上游竖井段、起旋室内及水平旋流洞内压力随时间变化趋势原型和模型的基本一致,符合重力相似准则;受缩尺效应的影响,原型和模型环形掺气坎的空腔长度不同,压力差异较大;起旋室内的压力变化可分为四个阶段;原、模型相应测点的水流的优势频率均属低频,远小于建筑物的固有频率。     

兼有深水孔的旋流喇叭形竖井泄洪洞设计原理

基于旋流防蚀、消能、避免产生雾化和保护生态环境的理念,研究一种在高水头旋流喇叭形竖井下设置深水孔的新型泄水结构物,其特点是泄洪和放空水库(或排沙和引水)共用同一个竖井和导流洞,结构简洁、运行安全和经济。文中系统地介绍了旋流喇叭形竖井及深孔引水道同涡井连接结构的设计原理,并给出深孔不参与和参与泄洪时的工程案例设计。本文通过以往的研究成果优化组合,创造出带有双层进水口的一条泄洪洞,用以取代传统的两条泄洪洞,故可以节省大量工程投资。由于喇叭形进水口及深层引水道都有起旋设施,使竖井产生空腔通气的旋转流运动,可以消减井、洞内的负压,防止结构物空蚀和提高消能率,因此,出口流速低,可以避免发生雾化现象。故本研究成果具有学术价值和广泛的应用前景。