西淝河闸站工程开孔导流墩整流试验研究

针对西淝河闸站工程在闸、站单独运行时存在的回旋和斜流问题,采用整体正态模型对闸站工程进行水工模型试验研究。在抽排水工况下,设计了不同导流墩长度,不同导流墩开孔尺寸包括开孔宽度、开孔间距、开孔高度等7种导流墩整流方案;其中对仅25 m长导流墩方案和导流墩最优开孔尺寸方案进行了自排工况下自排闸的过流流态及流速分布研究。通过对比各方案下导流墩侧回旋区面积大小及各孔流速均匀度,建议导流墩长25 m,开孔宽4.5 m,相邻的孔口间距6.25 m,开孔高度5 m。5#和6#流道中间加设1 m短隔墩的方案可减小泵站前池及闸前水流回旋区域,改善水流流态,提高各孔流速均匀度,为泵站机组及水闸运行提供良好的水力条件。试验研究结果可为闸站结合工程选择导流墩整流方案提供技术参考。     

导流墙对闸后三元水流特性的影响

为避免或减轻多孔水闸少数孔开启时产生的突扩式三元水跃及次生二次水跃对闸后防冲设施及河道的冲刷破坏,针对平板闸门单孔开启和连续3孔开启情况,在消力池中分别设置4种不同长度导流墙,通过物理模型试验和三维数值模拟研究了相应水跃特性及流速、流态特征。模型比尺采用1:100,数值模拟采用RNG k-ε紊流模型和VOF方法。结果表明:在连续3孔闸门开启,闸门开度为1 m的试验条件下,导流墙长度为消力池长度的50%, 60%, 75%和100%时与未加导流墙情况相比,跃后水深分别降低了4.16%, 1.66%, 1.94%和2.22%;二次水跃距离分别缩短了17.14%, 14.29%, 2.86%和1.43%。导流墙长度为消力池长度的50%时跃后水深与二次水跃距离降幅最大,海漫上流速分布更加均匀。试验结果可为闸下消能设计和工程运行管理应用提供借鉴和参考。     

开孔导流墩几何参数对闸站工程前池整流效果的影响

为了改善闸站结合工程的泵站前池流态,采用计算流体力学(CFD)对闸站结合式泵站前池流态进行数值模拟,研究了开孔导流墩的长度、开孔宽度、相邻的孔口中心间距及开孔高度等因素对泵站前池流态的影响。结果表明:选择合适长度的导流墩能改善闸站结合工程的泵站流道进口的不良流态;在优选的长度下,进行导流墩不同开孔几何参数的对比计算,发现开孔导流墩长度为8.62D(D为水泵叶轮的直径)、开孔宽度为1.55D、相邻的孔口中心间距为2.16D、开孔高度为0.66h(h为前池水深)时,相比于其他几何参数的开孔导流墩,前池内流态能得到更好的改善,水泵入口流速分布更均匀,漩涡综合影响函数更低;CFD计算结果与模型试验结果基本吻合,研究成果可为闸站结合工程选择合适的导流墩提供参考。     

新孟河界牌水利枢纽风景区规划设计与思考

结合界牌水利枢纽工程,通过多种方案比选,选择斜向入江工程总体布置方式、闸站与船闸采用合建的布置方式、泵站、节制闸各自集中布置的闸站布置方案,可降低工程投资、减少占地面积同时可简化后期维护。通过数值模拟分析,确定节制闸和泵站间和节制闸与船闸间导流墙长度分别为40m和70m。     

涵闸枢纽引水工况水力优化数值模拟研究

奔牛水利枢纽下游引河(新孟河侧)与节制闸、船闸引航道附近及其口门区域交汇,区域水流流态较为紊乱,对船舶进出闸的安全存在一定影响。应用大型商业软件建立奔牛水利枢纽新孟河侧水流三维数学模型,划分全六面体网格,采用CFD数值模拟方法分析。通过船闸下游引航道区域三维水流水动力学的计算成果可知,对于船闸与主河道成一定角度布置时,导流墙长度对引航道流速分布影响很大,导流墙长度过长或过短都对船舶航行都带来一定安全隐患;通过水力优化,推荐方案的船闸引航道内水流纵横向流速分布及回流区流速大小均符合JT J305—2001《船闸总体设计规范》要求,能够确保船闸安全高效运行。     

闸站结合泵站前池流态优化

为了优化闸站结合泵站运行时的前池流态,消除不良流态的影响,采用物理模型试验和数值模拟相结合的方法,分析了不良流态发生的原因。提出了多种优化整流方案,研究了其整流效果,构建了由带通水孔的导流墙、Y型导流墩和沿流向导流坎所形成的组合式整流措施。数值模拟发现,带通水孔的导流墙能够有效缩小并上移导流墙后回流区,再借助Y型导流墩和沿流向导流坎的整流作用,能使前池水流均匀顺直地进入进水池,较好地解决了因横向流速产生的偏流问题。研究结果表明,该组合式整流措施使得进水流道进口流速均匀度由86.30%提高到了93.46%,进水池两侧轴向流速偏差度由原来的12.63%下降为3.47%,整流效果显著。研究成果可为类似泵站工程流态改善提供参考。     

三汊河河口闸过闸水流流态改善措施数值分析

针对三汊河河口闸水流偏右侧的不利流态,为寻找改善水流流态的工程措施,采用大范围水深平均二维数学模型,对过闸水流流态进行了模拟研究。在难以改变现有地形的情况下,提出在闸前布置导流墙的工程措施,采用闸前左右岸流速比、水位差以及左右闸孔过流流量占比等参数作为改善效果的评价指标。结果表明,在合适墙长与墙体角度下,导流墙可起到明显的流态改善效果。     

不对称水流的数值模拟与试验研究

在现有研究成果的基础上，对闸站平面不对称布置枢纽上下游水流流场的数值模拟方法进行了探讨。采用水深平均的二维水流方程可以较好地复演枢纽上游断面突缩和下游断面突扩的流速场。能贴合工程实际需要，并通过对概化模型的数值计算和物模验证，运用正交实验理论，通过量纲分析，得到处理闸站结合处导流墙的经验公式。     

基于模型试验的导流墩对闸站合建工程通航水流条件的影响研究

闸站合建工程在闸行使通航功能时,导流墩附近出现回旋区、斜流等复杂水力现象,影响着船只通航安全性。采用物理模型试验方法对不同方案下的导流墩进行试验,并对试验结果进行分析。试验在自排工况下,设计了6种不同长度、不同开孔参数的导流墩方案对通航口门区水力特性进行研究。试验结果表明:方案4中导流墩适宜长度及开孔参数,可减小导流墩附近回旋区范围及墩头前斜流区,改善口门区水流流态,为通航提供了良好的水流条件,为类似闸站工程通航口门区整流方案提供参考。     

泵站侧向进水三维流动数值模拟

为研究闸站枢纽泵站进水流动特性,运用三维湍流数值模拟的方法,模拟了枢纽进水流动形态,对进水回流的形态及位置进行了计算分析。结果表明:枢纽泵站前池流态的主要影响因素为闸站结合部隔流墙及上游河宽与前池宽度的比值;在各种流态改善措施中,前池设置导流墙能取得较理想的整流效果;对于闸站合建枢纽此类侧向进水流动,底坎、底坡等措施整流效果不大。     

闸站合建枢纽对河口通航影响的模型试验

为了改善河口平面闸站合建枢纽水闸出流时容易在闸下河道内出现主流集中、偏流、回流,外河航道内横向流速大等问题,提出了在消力池下游海漫段设置八字形低坎的整流措施。基于平面闸站合建枢纽水力学模型试验,对有、无整流措施两种条件下闸下河道的水流流态、流速分布、特征断面流速不均匀系数以及航道内的最大横向流速进行了测试分析与比较。试验结果表明:闸下海漫段设置八字形整流低坎可以使外河入口断面流速不均匀系数从无整流措施的4.5～4.9降低到0.3～1.4,且使外河航道内的横向流速大大降低,模型试验实测的最大横向流速范围在0.30～0.50 m/s之间。外河入口断面流速不均匀系数和外河航道内横向流速的显著降低有助于河口闸站合建枢纽的通航安全,是一种简单而有效的工程措施。     

闸站合建枢纽泵站三维水流的数值模拟

采用雷诺平均纳维—斯托克斯方程(RNAS)和标准k-ε湍流模型,运用SIMPLEC算法,对闸站合建枢纽进行三维湍流数值模拟。根据水流均匀、顺直要求建立目标函数,在流场定性观测与目标函数定量分析的基础上,对各种工程措施进行分析研究,获得较为理想的整流措施,为工程设计提供了指导。     

闸站结合工程布置方案比选研究

闸站结合布置型式在水利工程中应用较为广泛,但在其运行过程中结构的相互影响关系较为复杂。以扬州市黄金坝闸站结合工程为例,拟定3种布置方案,运用ABAQUS有限元软件计算各类工况下的结构位移场和应力场。对各类布置形式下结构位移和应力的对比研究表明:闸站一体布置方案可以最大程度地降低闸站的总宽,工程量较小,且整体稳定性较好。经综合分析,确定该方案为较优的闸站结合布置型式。计算成果对今后闸站结合工程设计具有参考意义。     

弧形短导墙对船闸引航道水流结构影响的研究

船闸常与其它过流建筑物结合布置,过流建筑物运行时常对船舶安全通航造成影响。船闸引航道表层横向流速是判断船闸引航道通航条件的重要指标之一,其它过流建筑物下泄流量的大小与枢纽布置直接影响表层横向流速的变化。该文通过数值模拟计算的方法,研究了七浦塘江边枢纽工程在原导墙形式下各种工况下水流流场结构,比较了增加直长导墙和弧形短导墙两种不同的优化方式对表层横向流速的影响。研究结果表明:在泄流区和引航道之间增加导墙长度有利于减小表层最大流速;弧形短导墙方案在满足同样横向流速限值情况下,可显著减少导墙长度,节约投资。     

乌江银盘水电站消力池及导墙脉动压力特性研究

依托乌江银盘水电站,对底流消能消力池底板及导墙脉动压力特性进行了较系统的水力学模型试验研究。通过大量点、面水流脉动荷载测试数据的综合分析,获得了消力池底板及导墙动水压力的分布规律。该研究丰富和发展了底流式消力池及导墙的脉动压力特性研究,可为对该类消能形式水流动力特性的深入研究提供科学参考。     

SUE水电站工程设计方案评价及优化

依据国际规范及合同要求,采用变态定床模型试验方法,对 SUE 水电站工程建筑物设计方案合理性进行评价。结果表明,SUE 水电站建筑物体型尺寸设计合理,泄洪闸过流能力满足要求,上游翼墙及下游导流墙起到导流、平稳流态的作用,但设计洪水流量时泄洪闸下游消力池消能防冲效果欠佳;为此,根据下游水跃的特点,合理加长消力池长度,并在消力池水跃尾部合适位置设置消力墩对原设计方案进行优化;优化后 PMF 洪峰流量时,海漫水流平稳,海漫末端断面垂向流速分布趋于正常流速分布;设计流量时,海漫下游底部流速减小,下游河床不会发生冲刷。