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。     

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。     

清远抽水蓄能电站潜水起旋墩竖井旋流泄洪洞研究及应用

传统的环形堰竖井泄洪洞存在进口易产生漩涡影响泄流,由此产生振动、竖井壁负压等负面效应,清远抽水蓄能电站结合工程特点,研究出一种带有潜水起旋墩的环形堰竖井旋流泄洪洞,在不同流量下使水流沿竖井井壁产生旋转,消除竖井的负压,避免产生空蚀,并达到消能效果。经济及技术指标明显优于溢洪道和常规泄洪洞,具有推广的价值。     

竖井进流水平旋转内消能泄洪洞水力特性的数值模拟

本文采用Realizable 紊流模型,结合自由水面处理技术的VOF方法及非平衡壁面函数法,对竖井进流水平旋转内消能泄洪洞的水力特性进行数值模拟,得到了自由水面、空腔直径、压强、流速、旋流夹角、消能率等水力特性的变化规律.把数值模拟与模型试验的结果进行对比后可以看出,采用该紊流模型、合适的边界条件与数值方法,能够较好地模拟这种强旋流、强离心力效应和各向异性的复杂的空腔旋转流动,数值模拟所得的各种水力特性,从变化趋势到数值精度可满足这种旋流内消能泄洪洞体型初步设计与优化的要求.     

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。     

高水头水电站 “三洞合一”布置的体型优化试验

针对某水电站坝址河道狭窄现状,采用放空洞、旋流竖井泄洪洞与导流洞"三洞合一"技术优化枢纽布置。通过模型试验,分析旋流竖井泄洪洞泄流能力及相关水力特性,评价了结构尺寸设计的合理性。提出在放空洞连接段采用曲线型阶梯消能工的措施,通过试验得到了优化体型。研究表明,采用曲线型阶梯消能工后,连接段流态平稳,水流掺气充分,并且消能效果显著,在单宽流量为54.3 m3/(s.m)时阶梯段的消能率达到了43%。在洞内连接段布置阶梯消能工可有效改善枢纽布置。     

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。     

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。     

甲岩水电站竖井旋流泄洪洞设计研究

甲岩水电站右岸泄洪洞采用竖井旋流消能方式,由导流洞改建而成。从水力计算、模型试验、数值模拟、结构设计等方面,论述了竖井旋流泄洪洞的设计研究。甲岩水电站发电至今,右岸泄洪洞已安全运行数年,说明其竖井旋流设计是成功的。     

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...     

面向网络抗毁性的输水网络拓扑结构优化设计

为优化输水网络拓扑结构, 量化网络抗毁性, 建立以网络抗毁性最大化为目标的输水网络拓扑结构优化模型。 首先, 以输水网络拓扑结构为基础, 从节点所处位置的中心程度和可替代程度出发, 推求节点结构重要度, 并以此表 征网络抗毁度。其次, 以网络边可连接数及边无交叉性为约束条件, 建立以网络抗毁性最大化为目标函数的优化模 型。最后, 结合某输水网络算例, 应用遗传算法求解该模型, 寻求最优输水网络拓扑结构。算例计算结果表明: 优化 后网络中的节点结构重要度数值离散程度减小, 网络抗毁性相较优化前得到了很大的提升, 说明该模型能够为解决 输水网络拓扑结构优化问题提供参考。     

基于增量动力分析的重力坝抗震性能评估

基于增量动力分析法(IDA),采用塑性耗能与总变形能的比值作为结构性能指标,提出了重力坝抗震性能评价的三级震害划分和两个极限状态下的失效性划分的建议,做出IDA曲线,并结合分位数分析和易损性分析对重力坝抗震性能进行评估。以邯郸京娘湖重力坝为例,进行一系列的非线性分析,结果表明:分位数分析的IDA曲线中每个极限状态的峰值地面加速度PGA均大于设计地震的峰值地面加速度,满足该重力坝的功能保障性水平和安全保证性水平。易损性分析下,1.5倍设计地震作用时65.92%的概率处于正常使用阶段,100%可以保证安全。结果表明该重力坝具有良好的抗震性能。该项研究结果为重力坝抗震性能设计和安全风险评估提供了新思路。     

基于正交设计的扭曲鼻坎体型优化试验研究

挑坎体型对水舌形态和下游河床冲刷至关重要,基于水工模型试验,利用正交试验设计对纳子峡工程泄洪洞扭曲鼻坎体型进行优化研究。采用极差分析和方差分析,选取最大冲坑深度、冲刷最低点到边坡的距离、左侧挑距、右侧挑距和水舌宽度作为评价指标对扭曲鼻坎左侧边墙向右偏移距离、右侧边墙向右偏移距离、鼻坎扭曲程度系数3个因素进行计算,分析各因素对评价指标的敏感性,以确立扭曲鼻坎的最优体型。结果表明,各水力学特性指标对左侧边墙向右岸的偏移量的变化更敏感,其余因素对扭曲挑坎的消能效果影响较小,通过正交设计分析所得的最优体型,其水力特性指标均明显优于其他方案,所得成果可为实际工程扭曲鼻坎体型的设计提供依据。     

GFS集合降雨预报的校正后处理研究

耦合降水集合预报信息与水文模型是水文预报发展的一个重要方向。然而由于大气运行初始条件及模式的不确定性数值降雨预报不可避免地存在误差。基于全球集合预报系统(GFS)提供的1～8d预见期的降雨集合预报数据,研究了基于扩展型Logistic算法和异方差扩展型Logistic算法发展的5个统计后处理模型对淮河流域息县子流域GFS预报降雨的校正效果。结果表明,5个模型对GFS预报降雨均具有较好的校正效果,但随着预见期的增长,各个模型的校正能力呈衰减趋势。总体而言,相较于基于扩展型Logistic算法的3个模型,基于异方差扩展型Logistic算法的2个模型具有更优的校正能力。     

水下自激脉冲射流喷嘴的吸气性能试验研究

运用自行研制的试验装置对水下不同结构参数的自激吸气脉冲射流喷嘴的吸气性能进行试验,研究了喷嘴的上下喷嘴直径、腔径和腔长等不同的组合配比对喷嘴吸气量的影响,以及喷嘴吸气量对喷嘴冲击性能的影响。结果表明:喷嘴吸气是提高水下自激脉冲射流冲击性能的有效途径,喷嘴的相对冲击力随着喷嘴吸气量的增加而提高;在较优的喷嘴结构参数配比范围内,喷嘴的吸气比率最大;最佳吸气比率的喷嘴面积比、相对腔长和相对腔径配比范围分别为3.5~4.0、8~9、11~12.5。     

陕南秦巴山区地质灾害与影响因素的相关性分析

陕南秦巴山区受气象水文、地形地貌、地质构造、地层岩性及人类工程活动等因素的影响,地质灾害频繁发生。对陕南28个县(区)的县域地质灾害区划资料进行统计分析,深入探讨陕南秦巴山区地质灾害分布规律及其与各因素的相关性,得出结论:地质灾害沿主要河流、断裂、交通干道两侧一定范围内呈"带状"分布;地质灾害集中发育于年平均降雨量小于1 000mm的区域,灾害点密度随年平均降雨量的增大而减小,年平均降雨量小于800mm的区域灾害点密度最大;多数滑坡主要发生倾角范围在为20°~40°范围内;崩塌主要发生在多数崩塌倾角范围为40°~60°范围内;地质灾害集中发育于中低山区;地质灾害集中分布在泥盆系和元古宇地层岩性区;断裂的规模越大,对其两侧地质灾害发育的影响也越大,深大断裂凤镇-山阳断裂带灾害点密度最大;宝成铁路两侧1km范围内灾害点密度最大。分析结论为陕南移民搬迁提供可靠的地质灾害防治依据。     

南水北调中线渠系蓄量补偿运行控制方式

南水北调中线渠系采用闸前常水位的运行方式,即渠道下游常水位运行方式的水位控制点位于下游渠道的节制闸闸前。采用下游常水位运行方式,有利于按照最大过水流量进行渠道设计,使得渠道的超高最小,从而施工成本最少。在分析闸前常水位运行方式的响应与恢复特性、蓄量补偿时间的基础上,提出了闸前常水位运行控制方式,并设计了蓄量补偿的前馈控制策略和水位流量串级的水位反馈控制器。以南水北调中线总干渠的部分渠道为研究对象,在典型工况下进行运行控制仿真,并把计算结果与流量主动补偿和常规下游常水位运行控制进行对比,从而验证了本文闸前常水位运行控制算法的合理性。     

透水斜槛对溢洪道泄槽弯道水流改善效果试验

为了探索透水斜槛对溢洪道泄槽弯道水流的改善效果,在弯道底板布置了5道斜角45°透水率分别为27.9%、37.9%、49.5%的透水斜槛进行了模型试验。利用试验结果,计算了弯道横断面水面均匀度及提高率、凹凸岸水面差及减少率等指标,以此分析不同透水率斜槛、不同流量条件下弯道段水流的改善效果影响。结果表明:弯道设置透水斜槛后能够改善弯道水流,提高弯道水流均匀度,降低凹凸岸水面差;透水率对水流改善效果有影响,在相同流量情况下,透水率越小,斜槛对水流改善的效果越好;斜槛改善水流的效果随流量变化,流量越小,改善效果越明显。但就弯道横断面水面均匀度改善效果而言,不同透水率、不同流量之间相差不大。     

水动力条件对水体自净作用的影响

通过水槽实验和理论分析,研究了水动力条件对水体自净作用的影响,发现水流流速是影响水体自净作用的主要因素之一,不同断面及水深条件下水体自净作用的差别不是特别明显。分别采用生化需氧量-溶解氧耦合模型和化学一级反应拟合并预测了水质随时间的变化关系。水流流速的增加在一定程度上提高了水体复氧能力,增强了水体的自净作用。当流速超过一个临界值使得底泥再悬浮发生时,水体自净作用在短时间内急剧降低。在引水工程中,合理控制和设计水力参数(流速流量、取水周期及间隔、增加消能水工建筑物)是控制水体水质的有效措施。     

水文缆道创新设计及应用

水文缆道是我国测流的基础设施,自1954年6月在浙江省建成我国第一座人工操作的水文缆道后,浙江省的水文缆道测流技术不断进步并发展。随着水文科学技术的发展,城市化进程的加速,传统水文缆道技术逐渐显示出其弊端。浙江省创新设计了自重式水文缆道,解决了一系列技术及社会问题,在浙江省内的41个水文站推广应用,取得了显著的经济和社会效益,具有广泛的应用推广前景。