基于泄洪雾化影响的白鹤滩水电站坝身泄洪调度方式研究

针对高坝工程泄洪调度方式的雾化影响问题,提出一种改进的泄洪雾化数学模型。该模型可综合反映水舌入水条件、气象条件及河谷地形的影响,并通过小湾工程实测资料验证,两者吻合良好。在此基础上,针对白鹤滩水电站坝身泄洪方式进行雾化影响对比分析。结果表明,当深孔泄洪时,由于其水舌挑距大,入水角度小,水舌风场与雾化降雨范围明显大于表孔泄洪,在泄洪流量与水位落差相同的条件下,表、深孔不同开启方式,其水舌落点与入水形态各不相同,最终引起水舌风场与雾化降雨分布显著变化,根据不同运行工况下的雾化降雨对比结果,提出了坝身孔口的最优开启方式。上述研究为今后实际工程泄洪调度的雾化影响分析提供了借鉴。     

构皮滩工程泄洪雾化降雨强度及雾流范围研究

构皮滩工程泄洪流量和泄洪落差巨大,泄洪水舌入水激溅产生的强降雨及雾流对工程的安全以及电站的正常运行将产生一定的影响。通过物理模型试验研究和经验公式计算的方法,对构皮滩工程大坝泄洪雾化现象进行了较为深入的研究,分析了该工程泄洪雾化降雨强度分布特性,对降雨强度及雾流影响范围进行了预测。同时通过与相似工程类比,分析了构皮滩工程雾化降雨局部雨强大,雨强变化快以及两岸雨强分布不对称的特点。物理模型研究成果与经验公式计算和工程类比成果基本一致。     

环境风和地形因素在挑流泄洪雾化数学模型中的影响

挑流泄洪雾化是一种复杂的水-气二相流，影响其降雨强度和雾化范围的因素众多。其中，环境风和地形因素被认为是在数值计算中难以考虑的因素。本文应用蒙特卡罗方法将环境风和地形因素的影响添加到挑流泄洪雾化数学模型中，在单独考虑环境风和地形因素的影响下，分别计算出4种典型工况条件下的雾化范围和降雨强度分布规律，以及雾化范围纵向和横向最远点的平面坐标。结果表明，在考虑环境风和地形因素的影响条件下，挑流泄洪雾化数学模型的计算结果同原型观测资料变化规律相一致。     

泄洪雾化降雨的纵向边界估算

近年来随着一大批高坝的陆续兴建，泄洪雾化问题越来越引起人们的关注，迫切需要进行预测研究。由于泄洪雾化的物理过程与影响因素十分复杂，基于大量原型观测资料的统计分析方法是有效的研究手段之一。本研究在对部分已建工程的泄洪雾化原型观测资料进行收集、归纳、总结的基础上，发现泄洪雾化纵向边界与泄流流量、水舌平均入水流速及入水角之间存在良好的相关关系，并基于量纲分析方法建立了估算泄洪雾化降雨纵向边界的经验关系式。该成果可用于实际工程的泄洪雾化预测研究。     

海拔高程对泄洪雾化影响的敏感分析

针对海拔高程对于泄洪雾化降雨分布的影响,提出了一种改进的随机溅水数学模型。运用小湾水电站泄洪洞雾化实测降雨资料进行模型验证,两者结果吻合良好。敏感分析表明,随着海拔高程的增加,泄洪洞下游雾化降雨范围有增大的趋势,当海拔高程从50 m增加到3000 m时,泄洪雾化雨区在两岸的爬升高度增加50 m,纵向范围增大100 m;同时,降雨强度等值线分布发生坦化,在降雨强度大于400 mm/h的等值线区域,分布范围缩小,而在400 mm/h以下区域,雨区分布范围明显增大。上述研究为今后全面考虑海拔高程与气象条件对于泄洪雾化过程的影响建立了基础。     

挑流泄洪雾化降雨的模糊综合评判方法

根据鲁布革水电工程１９９２年泄洪雾化原观资料，由模糊数学理论分析，提出了挑流泄洪雾化降雨的模糊综合评判模式和评判方法，可用于分析和预测雾化降雨强度和影响范围。     

挑流泄洪雾化降雨的模糊综合评判方法

根据鲁布革水电工程１９９２年泄洪雾化原观资料，由模糊数学理论分析，提出了挑流泄洪雾化降雨的模糊综合评判模式和评判方法，可用于分析和预测雾化降雨强度和影响范围。     

基于CFD的挑流泄洪雾化特性研究

针对泄洪雾化影响范围不易采用数学模型直接模拟的问题,以某高坝电站泄洪为研究对象,先采用三维数学模型计算挑流水舌入水流速、入水角度等水力特征值,再基于此特征值选用原型观测校正后的计算公式预报泄洪雾化范围,并通过物理模型试验对计算结果进行验证分析。结果表明,受比尺效应影响,物理模型试验预测的雾化影响范围小于公式计算的范围,但两者的变化趋势一致;雾流受惯性力和水舌风作用,沿水舌轴线做爬坡运动,与原型观测现象一致;受出口挑流影响,泄洪雾化影响集中在水舌落入点的下游,而水垫塘上游、右岸降雨强度较小,影响范围有限。     

两河口水电站泄洪雾化影响分析

采用随机溅水数学模型,针对两河口水电站泄洪雾化降雨进行了数值模拟,分析了泄洪条件与河谷地形对雾化降雨分布的影响。研究表明,当洞式溢洪道与深孔泄洪洞联合运行时,泄洪雾化降雨区位于溢洪道出口下游约1 000~1 300 m,横向宽度可达300~400 m,雾雨爬升高度可达125~155 m,水舌下游暴雨区中心雨强约600~1 000 mm/h。洞式溢洪道采用窄缝出口并且正对河槽,雾化雨区主要在纵向扩展,而横向范围较为稳定。深孔泄洪洞采用横向扩散挑坎并与河道呈较大夹角,雾化雨区分布随泄洪流量变化较大,且雾雨区主要位于对岸岸坡。因此,在联合泄洪条件下,应通过增大溢洪道流量比例以控制泄洪洞下游对岸岸坡的雾雨爬升高度。     

丰满水电站重建工程挑流消能方案泄洪雾化研究

针对丰满水电站重建工程中的挑流消能方案,采用随机溅水数学模型,进行了泄洪雾化降雨数值模拟,将水舌入水喷溅源进行空间离散,描述水舌入水形态对下游雾化降雨的影响,同时考虑飞行水滴与空气间的相对速度,分析了各种泄洪运行方式与自然风场对雾化降雨分布的影响。研究表明:丰满水电站重建工程采用的分区挑流泄洪方案可将雾化区域控制在河道水面范围内,雾化降雨对左岸三期电站、右侧坝后电站、以及右岸生产、生活区的影响有限。在10 m/s以上横向风场作用下,左岸三期电站尾水平台出现5 mm/h左右的降雨,对此可通过增设地面排水设施加以解决。对于泄洪运行调度,建议优先开启中区4~#—6~#溢流表孔,然后是右区7~#—9~#溢流表孔,最后是左区1~#—3~#表孔,这可进一步减轻雾化对两岸建筑物及边坡稳定产生的不利影响。     

泄洪雾化的粒子系统模拟及三维可视化

本文在泄洪雾化水流基本运动模式控制下，提出了基于粒子系统的泄流运动及雾化降雨的三维模拟与可视化方法，并且基于地理信息系统(GIS)技术建立了坝区地形及建筑物数字模型，实现了泄流水舌挑射运动、沿程掺气扩散、跌水碰溅以及雾化降雨场景的逼真模拟，为工程人员提供了一个可视化的设计与决策环境，并可为进一步研究“虚拟泄洪”提供理论基础。     

THREE-DIMENSIONAL MEAN AND TURBULENCE CHARACTERISTICS OF AN IMPINGING DENSITY JET IN A CONFINED CROSSFLOW IN NEAR FIELD

The three-dimensional mean and turbulence characteristics of an impinging density jet in a confined crossflow were numerically investigated using the RNG turbulence model. The comparison of the subregion structures and gross features between the numerical results and the experimental data show good agreement. The velocity, Turbulent Kinetic Energy (TKE) and concentration distributions of the impinging jet in near field were obtained and analyzed. The results indicate that the flow and concentration fields of the impinging jet in the crossflow exhibit distinguished three-dimensionality in the near field. There exist upstream wall vortices and downstream wall jet zones in the impinging region, and the TKE and concentration decays are asymmetrical in relation to the stagnation point. The lateral concentration distributionrange in the impinging region spreads considerably. The enhanced entrainment and mixing of the impinging jet in the confined crossflow are mostly associated with the impinging action and lateral expansion in the impinging region. The presence of the bottom wall restrains the formation of the spanwise rollers in the transverse jet region and vertical entrainment and mixing in the impinging region and the transition region.     

COMPUTATIONS FOR PLANE TURBULENT IMPINGING JET IN CROSS FLOW

ＮＯＭＥＮＣＬＡＴＵＲＥａ1ａｎｄａ2　　　　ｃｏｎｓｔａｎｔｓｉｎ(14)ｂｈａｌｆｗｉｄｔｈｗｈｅｒｅｕ=ｕｍ2ｃ1,ｃ2ａｎｄｃμｃｏｎｓｔａｎｔｓｏｆｋεｍｏｄｅｌｓｆ1ａｎｄｆ2ｆｕｎｃｔｉｏｎｓｍａｒｋｉｎ(13)Ｈｔｈｅｄｅｐｔｈｏｆｔｈｅｆｌｕｍｅｆ?..     

水垫塘的水流特征及其综合评价指标

 高坝下游挑跌水流在水垫塘内的流态是相当复杂的。定性上可看作为淹没冲击射流和淹没水跃流的混合流态。一方面射流入水后沿程不断扩散，在冲击区对水垫塘底部产生巨大的冲击压力，具有淹没冲击射流的特征；另一方面在冲击区下游，高速主流贴近床底并沿程扩散和迅速跃起，同时在主流区的顶部形成较大的表面漩滚区，流态特征类似于淹没水跃流。针对这种混合流态，提出一个综合评价水垫塘消能效率的新指标，以便为水垫塘设计提供科学依据。     

高速淹没冲击射流的压强特性

在试验室中研究了高速淹没射流对挡板的冲击压强特性。射流出流速度为10．36m／s～53．86m／s、厚度为3cm。测得最大时均冲击压强沿射流流程的变化规律以及挡板上的时均冲击压强的分布特性及扩散宽度。试验结果表明：在高流速范围内，挡板上的最大时均无量纲冲击压强与无量纲射流流程的平方根之间存在良好的直线关系。当射流流程大于80倍出流厚度时，淹没射流产生的冲击压强可以忽略。挡板上的时均压强分布存在较好的自模性，近似符合高斯分布。最后给出了挡板冲击区宽度的定量描述。     

正冲击射流脉动壁压的正交分解与低阶近似

为更好地了解冲击射流脉动壁压的统计特性,通过实验对其脉动壁压强度与频谱特性进行了研究,并对冲击射流脉动壁压时序信号的正交分解与低阶近似进行了探讨。根据实验结果得到了脉动壁压强度的拟合公式,其壁压表现为窄带低频过程。     

NUMERICAL SIMULATION OF 3-D AERATED JET BEHIND FLIP BUCKET OF OVERFLOW DAM

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＪｅｔｆｌｏｗｗｉｄｅｌｙｅｘｉｓｔｓｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ,ｔｈｅｎｃｅｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆｆｌｏｗｉｓｖｅｒｙｉｍ ｐｏｒｔａｎｔｉｎｔｈｅｏｒｙａｎｄｐｒａｃｔｉｃｅ ,ａｎｄｍｕｃｈｗｏｒｋｈａｓｂｅｅｎｄｏｎｅｆｏｒｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ,ｎｕｍｅｒｉ ｃａｌｍｏｄｅｌｓａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｊｅｔｆｌｏｗ [1 ] 　 .Ｙｅｔｕｎｔｉｌｎｏｗｍｕｃｈａｔｔｅｎｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｐａｉｄｔｏｔｈｅｊｅ…     

跌坎式底流消能工的消能机理分析与研究

对比常规的底流消能工，对跌坎式底流消能工消能水力特性进行了分析和试验研究。通过对底流消能机理的分析、平面紊动射流的流速分布和对比模型的对比试验，分析了消力池中的水流运动状态和跌坎在消力池中的作用。利用跌坎式底流消能，可大大降低临底流速，减小消力池底板上的脉动压强，增加淹没射流消能效果和水流的平稳，减小雾化对周围环境的影响，是一种有效的新型消能方式。