U形弯道建闸对水流运动特性的影响试验

试验研究在U形弯道上建闸后水流运动特性的变化,结果表明弯道设闸使弯道不同位置凹岸、凸岸及中线水位产生显著差异,从而导致水面横比降变缓、水流动力轴线变光滑、流速分布变均匀,为深入分析建闸后弯道水流特性及建闸对泥沙运动、河床演变等的影响研究提供借鉴。     

弯道处溢流坝闸孔水流水力稳定性分析及优化

为研究弯道对溢流坝闸孔水流水力特性的影响,探求弯道处水流进入闸室运动状态的优化措施,以某水库弯道处溢流坝为例建立物理模型。通过对不同流量级下试验数据分析,探讨弯道处某水库溢流坝闸孔挑流对左右岸稳定性、闸孔泄流能力的影响,同时运用 Flow-3d 软件设置导墙措施进行优化数值模拟。结果表明：水流在闸室以螺旋式向下泄流,且在闸室及溢流面上左右碰撞和交汇,使得水流极其不稳定,对左右岸稳定影响极大且降低闸孔泄流能力,对相邻闸孔泄流量增大值的幅度有所减小,最大差值从 1.95 m3/s 降为 0.95 m3/s;设置导墙可以有效减缓弯道对闸孔挑流的水力稳定性的影响,提高闸孔水流泄流能力,为弯道处溢流坝建设提供理论参考。     

急弯段闸孔出流的弯道水流特性研究

在河弯处修建水工建筑物时,研究弯道水流特性对水工建筑物布置的影响十分重要。采用RNCκ-ε紊流模型对急弯段闸孔出流的弯道水流进行了三维数值模拟。通过模拟计算,比较分析了急弯段不同闸位、不同流量条件下闸孔过流时的流速分布、紊流动能、压强分布和环流等相关水流特性与变化规律。分析研究结果表明,闸坝位于弯道上游时,弯道对闸坝过流的影响最小,但需对闸坝下流弯道凸岸岸坡附近区域采取一定的防护措施;闸坝布置在弯道中游时,过闸水流受弯道的影响最小,闸室水流的稳定性、闸门的工作安全以及闸墩的空蚀破坏都是实际工程中需要注意的重点。数值模拟验证与物理模型试验结果吻合较好,计算精度较高,能够满足相关计算研究要求。     

泄水闸堰前冲刷机理及减淤措施研究

低水头航电枢纽堰前泥沙淤积将导致检修闸门无法正常启闭,影响到泄水闸的检修、维护工作。针对此问题,建立了用于研究闸前三元流的泄水闸物理模型及数学模型,运用动床物理模型试验和三维数学模型计算研究了闸前的三维流场及紊动能分布,并观测了闸门不同调度方式下的堰前冲沙效果。结果表明: 泄水闸堰前泥沙启动不仅与闸底水流流速有关,也与闸前的水流流态及紊动强度有关,紊动能的增强对泥沙启动的影响作用明显;闸门隔孔开启时水流受挡水闸阻水作用,在闸前近壁区水流下潜形成漩涡,闸前呈现复杂的三元流流态;复流态下的紊动能显著增加,强烈的紊动造成闸前床面泥沙大量启动,比连续开启泄水闸更有利于泥沙的起动,达到较好冲刷效果。     

新疆某水利枢纽工程引水闸水工模型试验研究

新疆某拦河引水枢纽工程等别为Ⅰ等大(1)型,引水闸规模为2孔闸、每孔净宽5 m,通过水工模型试验对各工况下引水闸的引水能力及水流流态的综合研究,对引水闸冲砂效果进行评价。结果表明:在不同工况下的不同调度方式中,均能满足过流要求,水流平稳,引水闸能充分发挥拦砂作用,且消能效果良好,消能段之后的弯道处水流平稳,水流能平顺地进入引水隧洞,可为今后制定工程设计及调度运行计划提供依据。     

黄河大柳树—沙坡头河段典型弯道水流运动平面二维数值模拟

建立了适体坐标系下的平面二维紊流水流数学模型,对黄河在宁夏回族自治区中卫市境内的大柳树—沙坡头河段典型弯道的水流运动进行数值模拟。为了反映弯道环流的影响,对动量方程进行修正,紊流模型采用修正的RNGk-ε模型。通过对黄河大柳树—沙坡头河段连续弯道水流运动数值计算结果与实测结果的对比分析,表明该模型能够准确地模拟具有复杂地形的天然河流弯道中的水流运动。利用所建立的模型计算了4种典型工况下水面的纵比降和横比降,得到一些有益的结论。     

分汊河段船闸扩建对已有建筑物运行影响及改善技术研究

航运的发展促使内河航运枢纽中的船闸扩建工程日益增多,在已建枢纽基础上进行船闸扩建势必会改变现有工程河段的边界条件和水动力特征,从而对已有建筑物运行产生影响。结合富春江船闸扩建工程,采用整体物理模型试验,研究了分汊河段扩建船闸对已有建筑物的影响及相关改善技术。结果表明:富春江船闸位于峡谷分汊河段,扩建船闸及导航墙的兴建,导致汊道分流比发生明显改变,左汊主河道分流量增加、水位壅高,对发电、行洪产生不利影响;为减小扩建船闸的影响,需在右汊船闸隔流墙与江心洲之间开挖一条行洪渠道,以尽量维持河道原有分流比,但行洪渠道紧邻下游口门区,受渠道内集中水流影响,口门区通航水流条件不满足要求,船闸通航条件与发电、行洪相互制约;提出了在汊道进口设置节制闸控制分流的创新技术,通过节制闸调节两汊分流比,能够解决船闸通航与枢纽建筑物运行之间的相互影响问题。     

淡溪水库溢洪道弯道水流的改善措施

淡溪水库溢洪道枢纽布置受地形条件限制，泄槽设置弯道，弯道距洪闸甚近，由闸水流受惯性离心力影响形成冲击波，两岸水深相差悬殊，且影响鼻坎挑流消能。通过模型试验，在弯道上增设特殊形式分隔墩，改善了水力条件，为工程所采纳。     

弯道水流的基本特性及数值模拟

总结了弯道水流水面横比降、横向环流、流速重分布、分离流及弯道切应力和局部阻力等基本特性及其研究现状;建立了极坐标下沿水深平均的弯道水流平面二维数学模型;并进行了试验室180°矩形弯道和长江调关河弯两个弯道水流的实例计算。计算和验证表明：建立的弯道水流数学模型能较好地模拟弯道水面形态变化和流速重分布。     

深孔泄洪闸后弯道水流特性试验与消能工优化

中小型水库增设深孔泄洪闸是其除险加固过程中提高水库防洪标准的重要工程措施。相比直道水流,深孔泄洪闸闸后弯道出流会出现一些特殊的水力现象,进而后续建筑的消能防冲问题更为复杂。基于实际工程,通过改变闸后弯道底坡来研究弯道水流的横向超高及流速变化,通过不同试验方案来研究水库下游的消能防冲问题。结果表明:调低弯道底坡可以减小弯道内水流超高;在消力池内增设辅助消能工和弯道调坡适当结合可以满足设计条件下对消能防冲的要求。深孔泄洪闸后弯道中部出现最大水流超高值,增大弯道曲率半径可有效降低水流横向超高并缓解弯道作用产生的冲击波。     

基于泄洪移民区域分汊河道泄流相互影响的模型试验研究

基于政府的组织行为、政府的协调行为和政府的监督行为与行洪移民区域后期扶持的具体工作的研究,治淮工程移民安置方案产生31.2亿元的投资。移民区域的大小与安全行洪区范围直接相关,分汊河道行洪的最佳分流比决定了行洪的安全与否。为了探讨复杂并联泄洪河道中不同的闸门控制对泄流的影响,论文结合淮河入江水道归江控制段模型试验,对复杂分汊并联河道的分流比及其流态对河道的稳定等进行了分析研究。通过对所采集的水位流量资料进行理论分析,按照不同的闸门开度组合,结合水面流态,系统分析入江水道中下段分汊并联河道在不同的流量下最优闸门开度组合及支汊分流比。单闸控制,主汊河道闸门开度一定时,分流比随着总泄流量增加而减小,两支汊河道分流比基本相同,且随总泄流量增加而增加。双闸控制,主汊河道和支汊河道闸门组合调节时,主汊分流比同单闸控制,支汊分流比变化量来自主汊,不影响其他支汊河道分流比。最优闸门开度为主汊单闸控制2/3开度,最优分流比为76%、12%、12%,在此分流比下行洪,将保持移民后期区域不扩大或缩小。     

巢湖兆河分洪闸泄流特性试验研究

受周边地形条件及环境限制,巢湖兆河分洪闸与河道呈垂直布置,进流条件不利。针对分洪闸与河道垂直布置这一特征,分别对开敞式和涵洞式分洪闸进行了水工模型进口流态试验分析,结果表明涵洞式分洪闸进流流态优于开敞式分洪闸,能更好地保证各闸孔的均匀进流。针对涵洞式分洪闸方案,研究了分洪闸敞泄和控泄的泄流能力,指出敞泄状态下进口行近流速对流量计算影响明显,在水闸规划设计中,应计入行近流速影响。为改善消能效果及出口水流与下游的衔接,进行了多方案消能防冲改进试验,结果表明尾坎作为一种冲击式消能工布置在挖深式消力池末端,可使出口水流流速分布更加均匀并与下游水流衔接更为平顺,明显增强消能防冲效果。     

塘尾分洪闸消能防冲措施的试验研究

本文借助断面及整体水工模型试验手段对塘角分洪闸消能防冲问题进行了研究，限于当时国内外资料与水平的不足，认为该闸鼻坎脚受水流严重淘刷的原因，可能是原面流消能工设计不当，鼻坎长度过短，鼻坎高程偏低．反弧半径偏小，挑角偏小，故对出门水流无法起到导向作用，导致流态不稳，反复出现回底流，还有就是闸门管理运用的不当，闸后产生强烈回流。经过对比试验，提出了三种修改方案及闸门合理运用措施，较好地解决了工程实际问题。     

西淝河闸站工程开孔导流墩整流试验研究

针对西淝河闸站工程在闸、站单独运行时存在的回旋和斜流问题,采用整体正态模型对闸站工程进行水工模型试验研究。在抽排水工况下,设计了不同导流墩长度,不同导流墩开孔尺寸包括开孔宽度、开孔间距、开孔高度等7种导流墩整流方案;其中对仅25 m长导流墩方案和导流墩最优开孔尺寸方案进行了自排工况下自排闸的过流流态及流速分布研究。通过对比各方案下导流墩侧回旋区面积大小及各孔流速均匀度,建议导流墩长25 m,开孔宽4.5 m,相邻的孔口间距6.25 m,开孔高度5 m。5#和6#流道中间加设1 m短隔墩的方案可减小泵站前池及闸前水流回旋区域,改善水流流态,提高各孔流速均匀度,为泵站机组及水闸运行提供良好的水力条件。试验研究结果可为闸站结合工程选择导流墩整流方案提供技术参考。     

某厂顶溢流式电站拦污栅破坏原因分析

某厂顶溢流式电站在遭遇20 a一遇的洪水后,灯泡贯流式机组进水口设置的拦污栅发生了脱槽破坏。为了探寻拦污栅破坏原因,利用数值模拟的方法,对电站引水渠内的纵向水流流态进行了模拟,根据模拟结果分析了拦污栅的受力情况。结果表明:在电站厂顶过流时,电站前池存在强大的横轴漩涡及负压,受纵向水流长时间冲击以及水流脉动的影响,拦污栅强度丧失,发生变形,最终脱槽破坏。希望设计人员在设计同类型电站拦污栅时,考虑纵向水流的冲击力,避免同类事件发生。     

新疆人工弯道式引水枢纽的设计与运行

新疆河流多系山溪性多沙内陆河,其特点是河床纵坡陡,洪枯流量变化大,含沙量大,推移质泥沙占年总输沙量的20%左右.为了解决引水与排沙的矛盾,采用人工弯道式引水枢纽,使其产生横向环流,因而上层清水主流靠近凹岸的进水闸,底层水挟带了泥沙和推移质向凸岸移动,最后从排沙闸排出.实践证明:这种正面引水,侧面排沙的人工弯道式引水枢纽的设计适合新疆河流特点.     

四零四厂取水枢纽防沙设计及试验验证

由于上游昌马水库采用泄空排沙运行方式,四零四厂取水枢纽的防沙任务十分艰巨。试验表明,设计通过合理选择取水口位置、布置闸前局部防沙设施,以及两次表层取水,有效地解决了枢纽的防沙问题;特别是取水口前纵向螺旋流的存在,不仅保证了昌马水库泄空期间的大量底沙可顺利排往取水枢纽下游,同时取水口前又可实现“门前清”的最佳防沙效果。     

外秦淮河武定门闸上游减淤物理模型试验

针对南京市外秦淮河武定门闸上游近年来发生泥沙淤积严重的问题,建立了武定门闸河段物理模型,设定两种方案进行悬沙冲淤试验,分析偏转角为15°的导流墙工程对闸上游的减淤作用。结果表明:方案1(将闸门至上游60 m开挖至设计断面),设置导流墙后,经过2年8个月的水沙过程,整治段淤积量减少30.4%;方案2(将闸门至上游240 m开挖至设计断面),设置导流墙后,经过1个典型水文年,整治段淤积量减少50.8%,经过2个典型水文年,淤积量减少44.0%,减淤幅度下降,河床趋于形成新的冲淤平衡,断面地形也趋向于均匀分布;设置偏转角为15°的导流墙对武定门闸上游河道有显著的减淤作用,有助于提高河道的过流能力。     

高岭拦河闸重建工程施工导流模型试验研究

由于高岭拦河闸旧闸消力池池深过浅,运行了近50a后受损严重,水闸需重建。设计的重建工程一期施工导流是利用旧水闸左侧11孔旧溢流坝段泄洪,因此一期施工导流风险较大,是重建工程施工导流的关键。通过高岭拦河闸重建工程施工导流模型试验,对一期导流设计方案进行了修改,改善了导流渠的水流流态,试验提出的一期导流防冲加固方案较有效地保证了工程的运行安全。