水平旋转内消能泄水道环流空腔直径的变化规律

本文从竖井进流水平旋转内消能汇水道影响环流空腔变化的因素出发，根据试验资料对其环流空腔直径的变化规律进行了系统地分析与研究，研究结果表明：这种泄水道环流空腔直径d0的变化规律有非常明确的分区特性，不同的分区对环流空腔直径d0影响因素是不同的。本文在该分析的基础上结合试验研究成果给出了d0的无因次综合变量函数的一般表达式、具体函数表达式和计算的经验公式。这些试验及分析成果对该种泄水道的水力特性的理论研究、分析计算和设计有较大的参考价值。     

阻塞式旋流泄洪洞空腔环流的能量特性

旋流泄洪洞内的空腔环流既不同于常规有压流,也不同于明流,因此采用理论分析和模型试验相结合的方法,建立了空腔环流断面的能量积分表达式,并对具有较好抗空化特性的阻塞式旋流泄洪洞内空腔旋流的能量特性进行了研究。结果表明：建立的空腔旋流能量方程利用相关水力特性进行计算的结果符合洞内的能量变化和转化规律,随着阻塞面积收缩比的增大,空腔环流的压强势能所占比例明显增加,动能所占比例减小,与阻塞收缩比增大时壁面压强增大、流速减小的规律一致;在水平洞起始段,切向动能大于轴向动能的部位延长,在阻塞面积收缩比m=0.49时,约增长至5倍洞径长处;增加阻塞,对竖井段的能量损失影响很小,但能较大提升水平旋流洞段的消能率。     

高水头泄水建筑物侧墙突扩侧空腔水力特性研究

在前期研究的基础上,对高水头明流泄水建筑采用侧墙突扩和底部突跌联合掺气掺气形式时,侧空腔的影响因素和规律进行了试验研究.根据试验结果分析得出:水流经过掺气坎后,在侧墙上的落水位置主要取决于水舌的横向扩散能力和底部的压力分布,底板上的冲击压力对水舌的横向扩散能力有显著影响,冲击压力是影响侧空腔形成的内因.对侧墙突扩掺气坎形式而言,影响侧空腔长度的主要因素有跌坎高度、突扩宽度和来流佛氏数.     

通气对水平旋流内消能泄洪洞水力特性的影响

 通过模型试验,研究了水平旋流条件下通气对水力特性的影响,结果表明,通气对流态、泄流量、壁面压强和空腔内的气体压强均有较显著的影响。通气时,环流空腔的直径增大,流动稳定;随通气孔直径的增大,泄流量和通风量均先增大然后减小,具有最大值,且环流空腔内的负压值迅速减小并趋于零;不通气或通气孔的直径较小时,负压值较大,壁面压强也较大,这与通常的认识不同;随下游水位的升高,在下游洞口临近淹没时,通气量达到最大。     

起旋器出口面积收缩率对水平旋流泄洪洞水力特性的影响

通过模型试验,研究了起旋器出口面积收缩率对水 平旋流泄洪洞水力特性的影响。研究发现面积收缩率对流态、泄流量、壁面压强和空腔内的 气体压强均有较大的影响。面积收缩率较大时,流态变化复杂,泄流量和环流空腔内的负压 的变化减小,但空腔环流的空腔直径和泄洪洞的消能率增大。      

筛网式消能工程的水力计算

筛网式消能工程是寒区渠系工程中较为典型的泄水建筑物。但因水力计算方法仍不系统、不完善，限制了该技术的推广应用。本文在系统地总结筛网式消能工程科研成果基础上，结合工程实践，给出了单层筛网式消能工程的水力计算方法，可供工程设计使用与参考。     

黄河龙口水利枢纽泄流消能及排沙试验研究

根据龙口水利枢纽整体模型试验，阐述了泄流消能及排沙试验成果，并依据这些成果，论证了表孔布置在右岸方案优于布置在中部方案。试验研究成果已被设计采用。     

下游水位对水平旋转内消能泄洪洞水力特性的影响

通过试验研究与分析,发现下游水位对水平旋转内消能泄洪洞的各种水力特性均有较大的影响,且均与环流内空腔压强P0的变化有关。随下游水位的变化,洞内可能出现不同的流态区。在一定的下游水位范围内,泄流量具有最大值。通气孔的通风是由于两种完全不同的机理所致：在相对下游水位等于1左右,通风量变化急剧且具有最大值。空腔直径随下游水位的降低而增大,并趋向于常数,随下游水位上升而减小并趋向于零。在较高的上游水位时,壁面压强随下游水位的上升呈幂指数增大或线性增大;在相对下游水位等于1左右,不同的上游水位时消能率几乎为常数,但在相对下游水位大于1后,下游水位的增大会导致消能率较大的衰减。     

旋流阻塞与旋流扩散复合式内消能泄洪洞的水力设计

 结合雅砻江两河口水电站后期3^#导流洞和大渡河猴子岩1^# 导流洞的改建,在研究旋流阻塞和旋流扩散复合消能泄洪洞的水力特性基础上,对该类型复合式旋流内消能泄洪洞的设计原理与方法进行研究探讨,和开敞式进口、起旋器、阻塞与旋流渐变扩散段的体型进行了设计与计算,为1 000m³/s以上泄流量、150m作用水头量级的导流洞改建为旋流内消能泄洪洞工程水力设计提供参考。     

唐家湾水库非常泄洪洞消能设施的优化

对唐家湾水库非常泄洪洞的消能效果进行了分析,通过试验优化了消能设施,提出了高效可行的设计方案,节约了工程成本。     

水平旋转内消能泄水道的流态序列、分区特性及临界条件

本文给出竖井进流水平旋转内消能泄水道的基本流态序列、过渡特性及临界水力条件。这种泄水道的流态可根据空腔环流内的气体压强、空腔直径和通气孔的通气量的变化规律分为淹没流流态、吸允流流态和自由流流态；空腔环流形成的水力条件为(H-h)／h大于2．5或Fr大于0．46；各流态转变过程中有明显的过渡段性质；在不同的流态分区内物理量的变化规律是不同的。     

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.     

水平旋流泄洪洞的基本流态与影响因素

通过模型试验,对上下游水位、通气孔直径、水平洞洞长和起旋器收缩断面面积比对水平旋流泄洪洞的流态的影响进行了研究。结果表明,在竖井为有压流的条件下,水平旋流泄洪洞的流态可分为自由流、吸吮流和淹没流3种基本流态,流态的分类与转变受各种因素的影响;通气时,水平旋流洞内旋流的空腔直径大而均匀,水流旋转的强度增大;不同的洞长,流态从吸吮流向淹没流转变时过渡区的相对上下游水位差相同,但洞长越大,吸吮流的范围越大,转变为自由流流态时所需要的起旋器出口的水流弗劳德数也越大;起旋器出口面积比不同时,流态分区的临界水力条件是不同的。     

水平旋转内消能泄洪洞流速分布及紊动特性试验研究

该文通过模型试验,研究了在自由流、吸吮流和淹没流三种基本流态下,水平旋转内消能泄洞的流速分布与脉动特性。激光测速的结果表明,水平旋流洞的切向流速沿径向的分布可以看成是组合涡分布,轴向流速沿径向的分布可看成是最大值靠近壁面一侧的二次曲线分布。在流速的变化趋势上各种流态是相同的,但具体分布参数因流态不同,有较大的差异。流态不同时,轴向脉动流速与切向有较大差异,湍流强度变化规律也不同,自由流与吸吮流流态湍流强度总体上的变化规律为Twθ和Twz沿程均有所增大;沿径向先减小,在R/R0大于一定值之后基本维持一常量或略有增大。     

扭曲鼻坎对泄洪洞挑流消能的影响研究

针对某泄洪洞挑流水舌对下游河道产生不利影响等问题,开展了基于扭曲鼻坎调整射流方向的水力模拟试验研究。通过对几种扭曲鼻坎的优化研究,发现采用降低挑坎高程的大转角贴坡扭曲鼻坎布置,可以合理调整水舌方向,理顺下游河道形态,消除了右岸涌浪和边岸淘刷威胁,同时又解决了泄洪洞过渡期洞内水跃闷顶问题。研究成果对泄洪洞出流的消能防冲设计有一定的借鉴意义。     

导流洞改建为旋流式内消能泄洪洞的研究和实践——以公伯峡水电站为例

概述了国内外旋流式内消能工的研究与进展,认为该种内消能工是适合于高水头、大流量高坝建设的新型消能工,是一种适合将施工导流洞改建为泄洪洞的可行方案。以黄河公伯峡水电站为例,论述了竖井旋流式与水平旋流式内消能工在体型优化中的重点与方向问题;泄流能力的协调与匹配问题;通气孔的设计、消能率的构成、空化空蚀、衬砌标准与范围、下游水深的影响等问题。针对旋流式内消能工目前尚无任何设计规范可依据的情况,认为开展进一步的讨论和研究是有必要的。     

梯形转叶螺旋流消能装置水力特性研究

在有压输水管道内部装配合适的消能装置是解决供水工程剩余水头的一种重要消能方式。本文介绍了梯形转叶螺旋流消能装置的水力特性试验研究,根据试验数据计算分析了消能装置的消能效果,并对其在不同扭转角度下的消能效率进行了分析,从而确定此类消能装置最高消能效率可达水流压力的80%以上,能对下游建筑物设施起到良好的保护作用。综合试验结果表明,该装置结构基本合理,可作为管道消能装置设计的依据。