坡度对阶梯水流无掺气段压强特性的影响研究

针对阶梯消能工无掺气段梯容易产生空蚀破坏的问题和有压进流阶梯溢洪道试验研究较少,采用模型试验对有压进流式阶梯溢洪道1#、2#阶梯压力特性进行研究。试验结果表明,5种体型下竖直面压强规律:1#阶梯在大单宽流量下产生负压,而2#阶梯在小单款流量下有较大负压存在。水平面压强规律:1#、2#阶梯水平面压强分布呈现正弦或余弦函数趋势,1#阶梯基本不产生负压,而2#阶梯不管在那种体型下或那种单宽流量下都产生或大或小的负压。另外通过分析阶梯压强最值发现,1#和2#阶梯竖直面压强最小值和最大值与Fr数基本呈现出抛物线关系;1#和2#阶梯水平面压强最小值与Fr数基本呈现出抛物线关系,最大值与Fr数基本呈现出线性关系。文章揭示了阶梯溢洪道最易产生空蚀破坏的是第2级阶梯,研究结果可供体型优化设计参考。     

水跃掺气池的掺气特性

针对大单宽流量下传统阶梯溢洪道因流动水深增加,掺气不足,导致极易发生空蚀破坏和消能率降低的问题,提出了一种通过水跃掺气池对阶梯溢洪道流动提供掺气的水跃掺气阶梯溢洪道,采用物理模型试验方法,详细研究了水跃掺气池的掺气特性,包括来流条件、掺气池长度、掺气池尾坎高度、水跃流态对掺气特性的影响。结果表明:在现在的研究范围内,在掺气池内和掺气池尾坎后的区域,无论是底板还是边墙淹没水跃流态都有较好的掺气效果;前述流动参数和结构参数通过影响水跃流态影响掺气效果,在利用水跃掺气池对阶梯溢洪道水流掺气时,流态的控制是重要的。     

前置掺气坎高度对阶梯溢流坝水力特性的影响

将掺气坎设置于阶梯溢流坝闸墩出口处,有利于阶梯掺气,避免阶梯空蚀空化。通过1∶25模型试验,在宽尾墩阶梯溢流坝上设置不同体形的前置掺气坎,研究了掺气坎高度变化对坎后有效空腔长度、空腔最大高度、下游坝面掺气浓度沿程分布、水舌冲击力大小的影响,并与未设掺气坎体形时对应的水力学参数进行了对比分析。结果表明:与未设掺气坎相比,增设掺气坎后阶梯沿程掺气浓度增长明显;有效空腔长度随坎高的增大而增大,空腔最大高度随坎高的增加无明显变化;随着坎高增加,水舌冲击力相应增加,对于53°的溢流坝面,坎高超过1.2 m后,水舌冲击压强将大于20×9.8 kPa。     

溢洪道阶梯陡槽段水面掺气位置试验与计算探讨

外凸型阶梯式消能工是应用于溢洪道陡槽段上的一种新型的辅助消能工。目前溢洪道陡槽段外凸型阶梯式消能工已在水利工程中得到了应用,但对此类型阶梯式消能工水力特性的研究成果仍较少。本文在5种坡度比和不同阶梯体型(包括阶梯高度、阶梯间距等参数)的阶梯陡槽溢洪道水力模型试验研究的基础上,对溢洪道阶梯陡槽段水力特性进行研究探讨,分析了陡槽段坡度比、阶梯跌坎体型参数等对溢洪道陡槽段泄流流态的影响,并将阶梯陡槽段泄流分为光滑水流区和掺气水流区两部分,提出了外凸型阶梯陡槽段水面掺气断面位置和水深的计算公式。本文研究成果可为溢洪道阶梯陡槽段沿程水面线和消能计算提供参考。     

台阶消能掺气试验优化设计研究

台阶式溢洪道掺气效果直接影响其消能率。文章对台阶式溢洪道掺气设施进行水工模型试验,从掺气坎水流流态、空腔长度、空腔稳定性、通气井风速及台阶段掺气情况看,掺气坎体型是合理的,通气井风速满足规范要求。掺气设施的布置,以期为类似工程提供参考。     

阶梯式消能工与掺气墩在工程中的联合运用

为使溢洪道具有较好的泄流条件,提高消能效率同时节省投资,提出了阶梯式溢洪道与掺气墩相结合的联合消能方式。以某水库溢洪道改造工程为例,对溢洪道的阶梯尺寸、掺气墩的结构及布置型式进行了探讨,最终泄槽段采用了1 m的阶梯形式与前倾30°的圆柱形掺气墩相结合的联合消能方式。试验结果表明,阶梯式消能工和掺气墩联合运用消能效果优异,水流条件明显改善。     

前置掺气坎坡度对阶梯溢洪道掺气水流影响的数值模拟

为研究复杂边界条件下气液两相界面的流动及混掺现象对工程建设的影响,结合某大型水电站的溢洪道,利用RNG k-ε模型对其进行三维流场模拟,采用有限体积法离散控制方程,并用GMRES算法进行压力求解,对前置掺气坎式阶梯溢洪道和传统阶梯溢洪道泄流壁面上的高速掺气水流进行数值模拟。结果表明:随着掺气坎坡度的增加,其掺气空腔及掺气浓度均有所增大,随着水流下泄掺气浓度沿程降低,达到一定距离后趋于稳定,掺气浓度值达到了减免空蚀破坏的要求;与传统阶梯溢洪道的模拟结果进行对比可知,增设前置掺气坎后,既可以增加前几级阶梯的掺气浓度使水流提前达到水气平衡,也没有降低阶梯式溢洪道的消能率,为解决传统阶梯溢洪道中出现的工程难题提供了一种新思路。     

明流脉动压强特性对自掺气发展影响试验研究

通过系列模型试验,采用脉动压强仪和针式掺气浓度仪,在不同初始流速与水深条件下详细测量了陡槽自掺气水流沿程各断面掺气浓度与脉动压强,重点分析了脉动压强与掺气浓度分布之间的相关关系,以及断面平均脉动强度对掺气区气泡扩散的影响。试验结果表明:随着明渠水流自掺气沿程不断发展,同一个断面上的脉动压强从断面底部至自由面呈现出先增大后减小的趋势,其中最大值位于断面掺气扩散区;断面平均脉动强度呈现沿程逐渐增大的变化趋势;在不同来流流速、水深及雷诺数条件下,自掺气水流断面平均脉动强度与断面掺气扩散区域之间呈现良好的相关关系。     

内凹型和外凸型阶梯陡坡段水力特性研究

根据溢洪道陡坡段坡度的大小,可设置连续的内凹型阶梯和不连续的外凸型阶梯两种形式的辅助消能工,以增大陡坡段泄流的摩阻和跌流,降低流速,增加泄流的消能率。基于水力模型试验,对溢洪道陡坡段坡度1∶1.5的连续的内凹型阶梯和不连续的外凸型阶梯的泄流流态和消能率进行比较和分析。试验表明:在相同陡坡段坡度条件下,不连续的外凸型阶梯数明显少于连续的内凹型阶梯,但单位根数的外凸型阶梯的糙率相对较大,外凸型阶梯陡坡段泄流消能率相应大于内凹型阶梯陡坡段。因此,当溢洪道陡坡段坡度i≤1∶1.5时,若工程布置条件许可,可优先选用不连续的外凸型阶梯,以获得较大的泄流消能率,同时也可以简化阶梯体型、便于工程施工。     

挑坎型掺气减蚀设施过流掺气特性研究

采用一维激光测速系统，对掺气减蚀工程中常用的直线型挑坎的流场特性进行试验研究．通过测量挑坎上及空腔区水流的流速分布及紊动特性，探讨通气量与紊动强度的关系．同时在深入研究流场特性和掺气机理的基础上，通过分析影响掺气的因素，从理论上探求临界掺气流速的计算，重点分析挑坎型掺气过流在空腔负压较大的情况下，临界掺气条件的理论预测，并通过试验资料验证了该计算方法．在此基础上，还进一步研究了掺气量的计算公式及其变化规律．     

人工加糙技术在乌拉泊水库溢洪道陡坡段中的应用

乌拉泊水库溢洪道的陡坡泄槽段上下游水面高差大,流速大、流态复杂、下游消力池消能率低,通过在陡坡泄槽段底板设加糙条的方法降低了陡槽内流速,改善了各段的水流流态。此做法可供类似工程参考。     

光滑壁面明渠陡坡流速分布特性

在分析激光测速试验资料基础上,对比了光滑壁面明渠陡坡中均匀流和非均匀流垂向流速分布在不同水力条件下的规律。陡坡均匀流中κ值比非均匀流条件下为小,非均匀流中S2型非均匀流的黏性底层厚度和过渡层范围均小于S1型非均匀流,并且拟合出适合陡坡均匀流和非均匀流的统一流速分布公式。     

大岗山拱坝陡坡坝段并缝形式研究

大坝设计时,由于陡坡坝段体形相对较差,且受基岩及相邻坝段约束较强,若分缝形式不合理,将产生过大的局部拉应力,给坝体混凝土带来开裂风险。为改善陡坡坝段的应力状态,以大岗山拱坝为例,根据拱坝温度边界条件,采用有限单元法模拟混凝土浇筑过程,对陡坡坝段不同的分缝形式进行了应力仿真分析。结果表明,大岗山拱坝陡坡坝段采用斜缝的分缝形式是合适的,能有效改善坝体应力分布、减少应力集中、提高拱坝抗裂安全度。     

改善高拱坝陡坡坝段应力集中的结构分缝形式研究

针对在高拱坝中普遍存在的陡坡坝段温度应力集中问题,以典型工程为例,采用一种新的结构分缝形式,应用三维有限元程序,对陡坡坝段从施工期到运行期的温度场、应力场进行仿真计算,通过改变结构分缝形式,为解决高拱坝陡坡坝段的应力集中问题寻找一条新的途径。     

牧草对坡面侵蚀动力参数的影响

通过室内模拟降雨试验,研究了不同盖度草地与裸地坡面的产流产沙过程与坡面流水动力学特性。试验结果表明,与裸地坡面相比,草地坡面的含沙量、平均输沙率、径流量以及坡面流速均有不同程度的降低。草地坡面的平均输沙率及坡面流速随草地盖度的增大而减小,而盖度对草地坡面径流量的影响则不明显。裸地坡面的输沙率随降雨历时呈高一低一高变化,而草地坡面的输沙率则随降雨历时呈幂函数递减。试验中坡面径流的弗劳德Fr数和雷诺Re数均属层流的缓流范畴。草地坡面的Darcv-weisbach和曼宁阻力系数随草地盖度的增大而增大,其值均大于裸地坡面相应的阻力系数。     

黄土区陡坡径流水动力学特性试验研究

通过黄土水槽冲刷试验，初步研究了黄土区坡面径流的水动力学特性。陡坡径流的流态属于急紊流，且具有时空分异特征。随着坡度的增加，径流雷诺数Re和Darcy-Weisbach阻力系数f均呈先增后减的抛物线趋势。f与Re之间存在幂函数正相关关系，而f与弗劳德数(Fr)之间存在幂函数负相关关系。     

青狮潭水库溢洪道陡坡段混凝土滑模施工介绍

青狮潭水库溢洪道陡坡段混凝土浇筑 ,采用滑模技术 ,能加快施工进度 ,确保工程质量 ,保证了建筑物造型的准确和外观质量优良。为此 ,介绍其滑模的设计 ,施工方法及应注意的问题。     

陡边坡面板混凝土滑模施工技术研究

对于混凝土面板堆石坝而言,堆石坝上下游坡比一般在1:1.3～1:1.7之间,其面板混凝土采用无轨滑模施工已是相当成熟的一项技术措施了.但西龙池抽水蓄能电站下水库库岸边坡坡比为1:0.75,在这样高、陡边坡情况下,如库岸面板混凝土采用无轨滑模进行施工,将可能带来一系列的特殊技术问题.经分析研究并通过现场试验,证明在1:0.75的高、陡边坡情况下,采用一定的特殊措施,其面板混凝土仍可成功实施无轨滑模施工技术.