溪古水电站竖井旋流溢洪洞设计与分析

溪古水电站泄洪建筑物布置受地形地质条件限制,采用了结构简单、进出流方向不受限制的竖井旋流消能方式,在充分利用下部泄洪排沙（放空）洞具有较大的泄洪能力基础上,结合导流洞开挖后良好的围岩地质条件,适当减少了上部竖井旋流溢洪洞泄洪规模,将溢洪洞下平段与导流洞结合,优化了泄洪建筑物布置格局,并通过初设和施工详图两阶段水工模型试验分析对比验证,竖井旋流消能,是一种便于枢纽灵活布置、具有较高消能率的内消能工型式。     

竖井旋流泄洪洞涡室整流挑坎试验与数值模拟

已有竖井旋流的研究成果表明,涡室进口处水流的起旋对整个涡室流态的影响很大,如何使水流在进入涡室段时能稳定起旋,并贴壁形成稳定空腔,是决定整个竖井旋流消能效果的一个关键性因素。通过试验与数值模拟相结合的方法,研究了涡室进口处整流挑坎的体型对涡室流态的影响,提出了一种新的整流挑坎——楔形挑坎。试验表明,这种挑坎形式与传统圆弧挑坎相比能更好地引导涡室进口处水流的起旋,改善涡室内水流流态。对类似工程设计具有重要的参考价值。     

南水北调西线阿安引水隧洞水力学试验研究

南水北调西线阿安引水隧洞具有水头高、流速急、定流量、变闸门开度、水位变幅大等特点,借助于水工模型试验对输水洞在不同工况运用下的水流流态、泄流能力、压力特性及关键部位的空化特性、闸门区水流特性、消能工体型等进行了较系统的研究、分析,并对洞内消能工体型进行优化。在工作闸门区突扩跌坎处,选择合适的体型并严格控制表面不平整度,可达到防止或减小空化的目的。     

新型竖井泄洪洞自调流机理和特性研究

该文提出一种新的由自调流潜水起旋墩为核心构成的旋流环形堰竖井泄洪洞,在泄洪流态和消能防蚀方面与常规喇叭形竖井泄洪洞有较大不同。为明晰该新体型的调流机理和系统水力特性,对新型环形堰竖井泄洪洞进水口、旋流泄洪洞、出口的复杂水流运动进行了数值模拟研究,获得了该新体型进水口流态、旋流空腔发展过程、竖井内部流态、平洞自由水面、压力等主要水力要素的分布规律。结果表明:计算得到的上述水力学要素分布规律与模型测量趋势上一致,量值上吻合较好。模拟结果也较好揭示了自调节潜水起旋墩的旋流、自调流机理以及泄洪洞的消能原理。     

新型旋流环形堰竖井泄洪洞数值模拟和特性分析

生态环境友好型的洞内旋流消能工是当前泄洪消能领域一个重要的研究热点和方向。为克服以螺旋型经典涡室或传统喇叭形堰构成的旋流竖井泄洪洞易出现的漩涡、气爆、振动、防空蚀设施复杂等难题,改变一般的防漩、消涡观念,提出一种新的由自调流潜水起旋墩为核心构成的旋流环形堰竖井泄洪洞,虽脱胎于常规喇叭形竖井泄洪洞,但在泄洪流态和消能防蚀方面又另辟蹊径。作为一种新型的旋流布置体型,已有研究缺乏系统性,其复杂的水流特性并不是十分明了。依托广东清远抽水蓄能电站泄洪洞工程,对新型环形堰竖井泄洪洞进水口、旋流泄洪洞、出口的复杂水流运动进行了三维数值模拟,并对部分水力参数的特性进行了解析计算,获得了该新体型旋流空腔流态、自由水面、合成流速、压力等水力要素的分布规律。结果显示:计算得到的上述水力学要素分布规律与模型测量值吻合较好,模拟值与初步建立的新体型水力特性理论解析值较为接近,表明解析计算方法具有一定的实用价值。模拟计算结果为进一步明晰新型环形堰竖井泄洪洞各部分水流特性和揭示自调节潜水起旋墩的旋流运动机理提供依据。     

导流洞出口布置形式及消能方式试验研究

以淋溪河施工导流模型为依托,重点研究导流洞出口布置形式及出口消能形式对下游冲刷、下游沿岸流速流态及涌浪的影响。由于淋溪河导流洞出口布置位置的特殊性,试验尝试了不同的布置方式及多种出口消能形式。试验结果表明:导流洞出口加设侧导墙可有效地阻止主流对导流洞出口水流的压迫,防止水流集中,有利于水流的扩散;加设消力墩可使水流横向、纵向、垂向得到充分的扩散,达到消能的目的,有效地减小水流对下游河道的冲刷,降低下游河道的流速及水位壅高高度。     

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。     

旋流式竖井溢洪道竖井的水流特性研究

本文在对旋流式竖井溢洪道的实验研究基础上着重分析了该消能工的消能机理，讨论了水流旋流数和水流的涡粘滞系与消能率的关系，并建议了简易可行的数值计算方法。在研究中也发现了竖井边壁上的剪应力过大这一在具体应用中需要注意的问题。     

旋流竖井式泄洪洞关键技术问题研究

旋流竖井泄洪洞的关键问题是:(1)涡室进口与竖井连接段跌坎处易产生负压;(2)高尾水位泄洪洞排气难,出口易发生气爆。针对这两个问题,通过试验研究提出消除涡室连接段负压和防止泄洪洞出口气爆的简易工程措施并介绍了涡室、竖井结构尺寸优化研究成果。     

高水头大流量泄洪洞内消能工研究进展

为了降低工程投资,提高泄洪安全,防止出口冲刷、雾化和高边坡不稳定现象,近20年来国内外对各种内部消能的泄洪洞进行了研究,部分成果如旋流竖井(洞)、孔板(洞塞)和消力井等内部消能工,已应用到实际工程中。本文对这几种内部消能工的应用条件、消能效果和运行的可靠性进行了比较研究。认为旋流式和消力井式消能工适用于下游水位较低的条件,前者采用连续旋转和扩散消能,消能率高,掺气充分,可有效防止发生空蚀;后者采用井内集中消能,相对而言消能率较低。而孔板(洞塞)式消能工适用于下游高水位条件,其消能率较低,同时为了避免洞内发生高压不稳定气团流动,进水口闸门必须控制在高库水位运行。比较而言旋流式泄洪洞具有较大的优越性。