竖井进流水平旋转内消能泄水道流速分布的试验研究

本文从分析图1所示的竖井进流水平旋转内消能泄水道的基本流态与泄流量变化规律出发，对该种泄水道的流速分布提出假定，并给出具体表达形式。根据试验量测资料，对轴向流速、环向流速及有关物理量的变化规律进行了分析与研究，这对该种泄水道水力特性的分析、计算与设计均有重要的参考价值。     

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。     

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。     

急流小流量旋流式竖井涡室流态试验研究

旋流式竖井是一种比较良好的泄水道,目前研究工作集中于急流大流量或来流为缓流小流量情况。某尾矿库排洪管为急流小流量,通过水工模型试验研究这种水流的涡室体型流态。针对急流小流量旋流,对圆弧、椭圆曲线涡室体型进行比较择优,选取了比较合适的体型;并对试验中出现的问题进行了分析研究,主要解决了涡室流态问题,经优化,所推荐椭圆体型涡室流态理想,满足工程设计要求。     

高拱坝表孔宽尾墩对泄洪能力影响的试验研究

为了研究高拱坝采用堰顶宽尾墩收缩射流技术对过流能力的影响，本文在溪洛渡1∶100的整体模型上对不同堰前水头和不同宽尾墩收缩比条件下的流态和泄流量进行了试验研究。结果表明，随着堰前水头和不同宽尾墩收缩比的变化，闸室中会出现自由跌流、急流冲击波、水跃壅水和缓流4种不同的流态，而不同的流态，影响泄流量的因素也不同，定量给出了设计洪水及校核洪水时收缩比对过流能力的影响。     

垂直胸墙泄水道喇叭形进水口无漩涡曲线的设计

本文推荐一种新的垂直胸墙泄水道矩形喇叭口顶缘曲线——悬链曲线，它的水力设计是考虑了进口无漩涡流态、减小水头损失、提高顶缘曲线压力，增大泄量等要求，克服了常规四分之一椭园曲线缺点，有较高实用价值和经济效益     

急流收缩段克服冲击波新体形的水力设计

急流收缩段是明流泄水道常用于连接上、下两种不同宽度的衔接形式。由于来流急，在收缩段内产生冲击波．恶化收缩段和下游泄水道流态．对急流收缩段冲击波克服措施有很多研究成果，各有其不同适用范围和局限性，但不能根治．本文提出一种新的收缩段体形，扩大了适用范围，有效地克服了冲击波，并提供了这种新体形的水力设计．     

可靠性分析方法和面流消能工的优化设计

本文根据可靠性理论,分析了在一定鼻坎型式和坝高条件下,影响面流流态的主要随机最(总泄量Q和单宽泄量q)的主观和客观不确定性,论证了其概率分布特性.在此基础上,根据流态过渡的临界状态条件,确定了两个极限状态方程,采用国际安全度联合委员会建议的JC方法计算了面流流态的可靠指标β和失效概率P_f.计算成果表明,通过改变工程设计参数和运行方式,可以大大增加面流流态发生的可靠度,减少不利流态发生的机率,从而达到优化水力设计和运行的目的.     

大旋转角阶梯泄水道竖井水力特性研究

针对现代城市深层隧道雨水排水系统中,竖井的高落差和大泄量等特点,该文提出了一种大转角阶梯泄水道竖井结构型式。采用物理模型试验,详细研究了其主要水力特性,包括:流态、时均动水压力、消能和掺气特性等。结果表明:对于一定的阶梯高度,大旋转角阶梯面的设置,可以形成跌落和水跃的流态,其联合作用产生高效的消能效果。沿流动方向,沿程时均动水压力较低;在径向上,由于离心力作用,至壁面压力逐步上升有利于避免空化的发生。跌落和水跃两种流态的组合作用有效地减小流动的总能量,降低流动的速度,同时,泄水道上流动的良好掺气,两者最终可以有效地减免空化空蚀的风险。     

丹江口工程大坝加高后的几个水力学问题

依托1∶100水工模型试验成果,重点介绍了丹江口大坝加高后的几个水力学问题如泄流能力、坝面压力特性、河床局部冲刷、下游河道流速流态、泄洪对电厂及航运的影响等.研究显示:大坝加高后泄流能力可满足设计要求,坝下河床冲刷加重,挑距加远,设计洪水22 300 m3/s时坝下冲坑最低点高程为43.0 m,各级泄量冲坑上游坡均缓于临界坡,也略缓于初期工程同级流量冲坑的上游坡;坝下600 m以内为护岸工程重点防护段,岸边流速为5.8～9.8 m/s;泄洪对丹江口电厂影响较小,对自备电站不利影响较为显著;最大通航流量6 200 m3/s时下游引航道口门区流态复杂,水流较混乱.     

龙抬头泄洪洞水力特性研究

结合某泄洪洞改建工程,利用三维紊流模型对不同进口高程的龙抬头泄洪洞水力特性进行比较研究。首先,利用龙抬头泄洪洞水工模型试验结果验证了数值模拟结果的可靠性。然后,针对四种进口高程的龙抬头泄洪洞,从泄洪洞泄流能力、水头损失及水流流态等方面进行了比较。结果表明,在保证各曲线段光滑平顺的前提下,进口高程对泄洪洞、水头损失及流态的影响不大。研究成果可为泄洪洞的设计提供依据。     

折板型竖井结构设计参数优化

折板型竖井是城市深隧排水系统中一种消能效果明显的水工结构,竖井的结构参数对其泄流量和消能率有重要影响。通过开展物理模型试验和基于Realizable k-ε湍流模型和VOF法的数值模拟,分析不同折板间距和折板倾角的竖井水流流型、最大泄流量、出口流速及消能率。研究结果表明:折板型竖井中基本水流流型有3种,分别为撞壁受限流、临界流和自由跌流;一定范围内增大折板倾角有利于水流流型从撞壁受限流向自由跌流转变,因此,在折板竖井设计中应使折板有适当的角度;竖井的最大泄流量随着折板间距和折板倾角的增大而增大,消能率随泄流量的增大而减小;从竖井的泄流能力和消能效果两方面考虑,当竖井直径为10 m时,折板间距4.85 m,折板倾角为9°～11°的竖井体型为最优。研究成果可为深隧排水系统的设计提供技术支撑。     

EFFECTS OF HYDRAULIC AND GEOMETRIC PARAMETERS ON DOWNSTREAM CAVITY LENGTH OF DISCHARGE TUNNEL SERVICE GATE

Aerators on discharge tunnel outlets may be regarded as an effective protection against cavitation erosion. The air entrainment of aerators is governed by a number of independent parameters, including the bottom slope of releasing free-surface flow tunnel downstream of service gate, the end top slope of pressure tunnel, the height of step, and the Froude number at take-off. During eight phases of experiments, the effects of above-mentioned parameters were observed on the cavity length downstream of the fully open operating service gate of a discharge tunnel. The results show that, the bottom slope of releasing free-surface flow tunnel has obvious effect on the cavity length as well as the Froude number at gate take-off. The effect of the step height variations on the cavity length could be considered for higher discharges and steeper tunnel top slope, particularly in higher discharges, resulting in shorter cavity length downstream of service gate.     

细长体空泡流型试验研究

在水洞中对细长体通气附体空泡流型和控制途径进行了系列模型实验研究；获得了细长体通气附体空泡五种对称基本空泡流型与三种非对称基本空泡流型；在此基础上，从水下超空化超高速自主航行体的需求出发，提出了三种可用的空泡流型：非对称双空泡流型、尾部开式穿透非对称空泡流型和尾部半开式非对称空泡流型。并分析讨论了这三种空泡流型下航行体的重力平衡、运动控制与稳定性问题。同时，通过对有关参数的设计与控制，在水洞模型试验中实现了水下超空化超高速自主航行体的这三种空泡流型。     

多用途水工隧洞水力特性及运行方式研究

水利水电工程中的过水隧洞有导流洞、泄洪洞、放空洞以及发电引水洞等,它们各自具有一定的水流适用条件,对单一用途的水工隧洞,其洞内水流特性较容易把握。当由于技术、经济条件让一条隧洞具备多种用途时,隧洞将面临着不同运行阶段显著的水力差异性考验。结合某水利工程多用途水工隧洞水力模型试验,研究了集导流、泄洪、放空及发电引水等功能于一体的陡坡隧洞在不同运行阶段的相关水力特性。结果表明当作为泄洪隧洞在正常工况下运用时,隧洞进口前和洞内流态均较正常,洞内最小压力满足水工隧洞设计规程要求;当作为导流隧洞和放空洞运用时,隧洞进口在一定水流条件下会形成吸气型立轴漩涡,并在洞内形成形态不断变化且不断溃灭的气囊,在较长的洞段及较大的流量区间内,洞内还会出现明满交替流以及发电支洞岔管引起的明流冲击波、水流折冲等不良流态,上述水流现象会引发洞壁的有害振动或空蚀破坏。通过试验优化,并结合隧洞末端工作闸门的合理调度,提出了多用途水工隧洞的安全运行方式。     

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。      

收缩式洞塞泄洪洞的消能和空化特性

本文结合某大型水电工程，采用试验和数值模拟相结合的方法，研究了洞塞泄洪洞的消能特性和空化特性。常压试验表明，通过设置两级洞塞及其他附属设施，整个泄洪洞总消能率超过了67.3%，两级洞塞的消能率达到36.0 %，洞塞的消能效果十分显著；减压实验表明，通过对洞塞体型的精细优化，泄洪洞有压段可以避免发生空化，洞塞本身具备一定的抗空化能力；通过数值模拟，揭示了泄洪洞有压段的流速场、压力场特性，直观地表明洞塞的突缩突扩作用形成了大体积的水流紊动，从而达到消能的目的。本文提出的洞塞体型及布置形式可供类似工程参考。     

小湾水电站大型导流洞改建泄洪洞研究

针对小湾水电站高水头、大流量的泄洪特点，通过大量的优化试验研究，将旋流竖井式泄洪洞技术应用于小湾水电站导流改建工程，并提出适合工程特点的体形布置形式，解决了下游高水位淹没泄洪洞出口的技术难题。研究表明，这种旋流竖井式泄洪的消能效率可达90％左右，涡室与竖井的水流流态比较平顺，压力分布分理，导流洞内水流速度低于20m/s，不失为高水头、大流量条件下导流洞改建为泄洪洞的有效方式之一。