基于均匀正交设计的消力池内双层悬栅布置优化试验

由于在消力池内布置双层悬栅对消能效果影响少有研究,考虑到单宽流量、悬栅栅条数、栅距和层距等影响因素,采用均匀正交设计,考察4因素3水平,选择UL9(34)优化方案进行模型试验,对比了不同流量和悬栅布置型式组合下消力池内下降水深及消能率。试验结果表明:不考虑单宽流量时,消力池内布置双层悬栅,下降水深受层距、栅条数以及栅距影响较大,其中层距改变影响最大,消能率受这些影响因素影响较小;单宽流量较小时,层距和栅距均与下降水深成正比关系,单宽流量较大时,层距与下降水深成正比关系。     

双层悬栅消能率影响因素排序及布置形式研究

为了得到双层悬栅布置参数对消力池消能率影响显著性排序和最佳布置形式,采用设计流量15 000 cm~3/s和验证流量13 000 cm~3/s两种条件,改变层距、栅距、栅条数,分析不同布置方案下双层悬栅消能率极差,同时利用PPR技术对验证流量13 000 cm~3/s条件下的布置参数与消能率进行模拟。结果表明:通过计算模型试验消能率极差与建立PPR数学模型,均得到双层悬栅布置参数对消能率影响的显著性排序为层距、栅条数、栅距。对比数值模拟与模型试验结果可知,两者差别较小,说明PPR数值模型可以较好地拟合双层悬栅消能规律。当栅条数为11根、层距为5 cm、栅距为12 cm时,消能效果较好,为消力池内双层悬栅最佳布置形式。     

消力池内双层悬栅对消能效果影响试验研究

针对在消力池内布置双层悬栅对消能效果影响鲜有研究,通过在消力池内未布置悬栅、布置单层悬栅和布置双层悬栅进行模型试验,对比分析布置悬栅前后消力池内流态、最大水深以及消能率。结果表明:在设计流量Q为15 L/s时,布置双层悬栅后,消力池内流态更加稳定,最大水深下降更加明显,但改变悬栅布置型式和栅条数,消能率变化不大。     

悬栅布置形式对消力池消能效果的影响试验

悬栅消能工是将栅条悬空布置于泄水陡坡或消力池内的一种新型消能方式,为进一步研究新型悬栅消能工及其消能效果,通过物理模型对影响消力池消能效果的矩形悬栅布置形式进行试验。结果表明:消力池内布置悬栅对稳定水流和降低水深作用明显;由栅高hs、栅距bs、悬栅数量ns对池内最大水深hm影响得出栅高hs的适宜值为10 cm,栅距bs的适宜值为4~5 cm,悬栅数量ns的适宜值为16~20根;在Q=15 L/s下,悬栅hs=10 cm、bs=4 cm、ns=20根的布置形式可将消力池最大水深降低4.97 cm,降幅高达15.84%。     

导流洞出口消力池内设置悬栅消能工试验研究

通过对新疆迪那河五一水库工程导流兼排沙洞水工模型进行泄流试验,研究悬栅消力池的型式、体型、数量等参数对消能效果的影响,最终确定悬栅消力池内加17根栅条、池后采用1/8进行变坡的优化方案。试验结果表明：悬栅的设置,改善了消力池内水流的流态,降低了池内的最大水深。在设计水位下,设置悬栅后使消力池内最大水深由原来的19.4 ...     

悬栅消能工均匀正交设计及投影寻踪回归试验研究

为探讨消力池内悬栅消能工试验设计和研究方法,在设计流量Q=8.0 L/s条件下,对悬栅消能工最大水深的3个影响因子栅高hs、栅距bs、数量ns运用均匀正交试验设计,并用投影寻踪回归方法对试验数据结果进行PPR建模分析及计算机仿真优化,得到池内最大水深影响因子的排序是悬栅数量ns、栅距bs和栅高hs;当池内最大水深达优值18.233 cm时,影响因子的优化组合为栅高hs=9 cm、栅距bs=5 cm和ns=16。     

低弗劳德数梯形墩-悬栅消力池水力特性

针对大单宽流量、低弗劳德数消力池内消能问题,通过物理模型试验方法,对比分析消力池内加设梯形墩和悬栅消能工后水力特性和消能效果,优化梯形墩-悬栅消力池布置形式。结果表明：在低弗劳德数水流条件下,梯形墩-悬栅联合消能工断面水深分布均匀,消力池底板沿程压力分布梯度和时均压力分布系数波动幅度较小,整体稳定性较优;动能修正系数基本保持在1<α<2的范围内,可有效改善入池断面流速分布;消能率由传统消力池的52.25%、70.37%、75.89%分别提升至56.74%、75.95%、79.22%;梯形墩-悬栅消力池内悬栅单排等间距、高度与尾坎同高布置时,梯形墩呈双排交错形式布置在距池首0.35L左右处对于整体流态改善明显,消力池出口流速可降至0.4 m/s,消能率提高至59.63%、76.12%、79.37%,研究结果可为同类工程的底流消能问题提供一种新思路。     

悬栅消能率的PPR因子贡献率分析及优化仿真

应用PPR(投影寻踪回归)技术，分析得到影响悬栅消能率的因子主要是悬栅高，其次是栅距，最后是流量。多因子仿真优化结果是：在流量由34L/s变化到80L/s范围内，当栅距取4cm、栅高取4．6cm时，悬栅消能率均能达到80％。最佳栅距约为栅条后涡流长度范围的1．5～2倍。     

双层悬栅消力池的水力特性数值模拟

针对物理模型试验难以得到详细的流速、压强等水力参数数据问题,利用流体力学软件FLUENT建立RNG k-ε双方程紊流模型进行数值模拟,得到消力池内最大水深、流态、流速以及压强等水力参数,通过数学模型计算值与物理模型试验值对比分析以及数值模拟计算值之间对比分析,结果表明:数学模型计算值与物理模型试验值吻合较好,且布置双层悬栅时,计算值与试验值误差较小;双层悬栅使水流产生漩涡的能力较强,从而使水流对护坦冲击较小,护坦处涌浪降低,对压强变化影响较大,说明双层悬栅具有更好的消波稳流作用。     

底流消力池内悬栅消能工数值模拟研究

运用Fluent流体力学计算软件进行数值模拟是研究底流消力池消能规律和水流流场的重要方式。通过消力池内流场的特性参数,分析未布置悬栅和布置悬栅后消力池内水流运动流场特性,以便为深入了解消力池内流场特性提供可靠依据和帮助,也可作为今后水利工程中优化消力池及悬栅消能工结构的参考。     

连续跌坎型底流消能工水力特性的影响因素研究

通过大量的试验,测量了消力池底板压强分布规律、池内流态和流速分布,着重分析了入池水流单位重量水体能量、入池角度和跌坎高度的变化对消力池底板冲击压力、临底流速、池内流态及消能率的影响。研究表明,连续跌坎型底流消能工的跌坎高度与入池角度之间存在一种最优组合,可既保证消力池中消能率高,又能满足临底流速和底板动水冲击压力小的要求。该研究成果可为工程设计提供一定的科学依据。     

聚合物混凝土在水下修补工程中的应用

喜河水电站消力池存在比较严重的冲刷破坏,通过采用水下浇筑聚合物混凝土的方法对消力池进行补强加固取得了良好的效果。文章结合喜河水力发电厂消力池水下修补工程的实例,介绍了PBM聚合物混凝土在水工建筑物修补工程中的具体应用。     

某工程阶梯溢洪道试验研究

为了改善溢洪道下游消力池的流态和减轻下游的冲刷,采用物理水工模型试验,对光滑溢洪道及不同高度阶梯溢洪道的水力特性进行了试验研究。研究结果表明,采用阶梯溢洪道之后,能大大提高溢洪道的消能率,减小消力池的入水速度,有利于下游河道及滑坡体的稳定。模型试验成果为工程中溢洪道的优化设计提供科学依据。     

池末尾坎自由出流的消力池布置研究

池末尾坎自由出流的拦河闸下游消力池流态较复杂,其水力特性和体型布置是工程设计和运行关心的问题。通过水力模型试验研究,对尾坎自由出流的消力池池长和消力池末端尾坎高度的关系进行分析,提出消力池体型布置方法:首先在消力池水平段池底高程选定的基础上,根据消力池进口断面弗劳德数,初选池末尾坎高度;其次通过调整尾坎高度和计算尾坎顶水深,使两者之和与跃后水深的比值在1.15~1.2之间,则消力池水平段池长与跃长的比值可减小至0.8~0.85。该方法可较合理地确定尾坎自由出流的消力池水力和体型参数。     

型钢布设方式对型钢混凝土闸墩工作性能的影响研究

为了确定型钢混凝土闸墩结构内最优的型钢布设形式,利用ANSYS软件对闸墩进行有限元数值计算分析。基于两种不同计算工况下3种不同数量型钢布设方式所得到的有关型钢位移、闸墩裂缝范围、闸墩应力以及型钢应力的计算结果,得出型钢布设根数为3根时各方面工作性能均较优。在此基础上继续研究型钢布设角度和长度对闸墩工作性能的影响,最终得出在3根型钢布设时,型钢之间的夹角为12.5°、型钢长度为一长两短的布设方式最为理想。研究成果可为型钢混凝土闸墩结构的设计提供理论支撑。     

共青河泄洪闸除险加固工程试验研究

共青河泄洪闸下游河道由于人为过量挖沙导致下游河床下切、水位降低 ,泄洪闸泄洪造成了下游左堤岸决堤。共青河泄洪闸除险加固工程方案的试验研究表明 ,在泄洪闸原消力池下游设置二级消力池 ,能较为妥善地解决消力池出流与下游河道水流衔接过渡的问题。     

跌坎对消力池水力特性影响的试验研究

为研究跌坎在底流消能中的作用,依托某工程水力学模型,研究了跌坎对消力池内水流流态、临底流速及脉动压强的影响。结果表明:在来流量一定的情况下,随着跌坎高度的增加,消力池内流态会由底流依次演变为淹没混合流及淹没面流流态。加设跌坎可显著降低消力池前半段的临底流速,且跌坎越高,最大临底流速降幅越大,跌坎对消力池后半段的临底流速基本无影响;跌坎对脉动压强影响较大,随跌坎高度的增加,最大脉动压强先增大后减小;加设跌坎后,脉动压强和临底流速沿程先增大后减小,且脉动压力和临底流速的最大值位置基本在同一区域。     

拱网水力特性研究

拱型网板（简称拱网）是设置在消力池里辅助消能工，它具有良好的水力特性。模型试验结果表明，消力池中设置拱网可大大降低消力池的规模。中研究了影响拱网水力特性的3个主要参数：收缩断面的弗劳德数Fr，网板高度h和网距L。基于试验结果，给出了确定网高和网距的经验公式。     

拦河闸下游二级消力池布置和消能研究

对拦河闸下游二级消力池池底作用总水头的计算方法进行分析,提出了较完善的二级消力池的水力计算和体形布置方法,并采用水力模型试验成果和工程实例予以验证,可供类似工程设计和运行参考.