转叶孔板螺旋流消能的影响因素试验分析

为解决供水工程中的过剩水头问题,常在有压输水管道中配置合适的消能装置,转叶孔板螺旋流消能是一种新型的内消能方式,通过转叶孔板螺旋流消能装置的水力特性试验,可知影响转叶孔板螺旋流消能效率的主要影响因素有雷诺数Re、转叶孔板开口角度和孔板之间的相互扭转角度,还有试验装置结构的设置。根据试验数据计算分析各个影响因素对消能效率的影响。结果表明,转叶孔板螺旋流消能效率与转叶孔板之间的扭转角成正比,与雷诺数成正比,与转叶板的开口角度成反比。试验装置在进口段和出口段设置管径突变均对消能有利,该装置比与其消能原理类似的孔板消能装置更实用,且消能效率更高,对下游建筑物设施起到良好的保护作用,可推广应用。     

转叶式螺旋流消能装置消能效果试验探究

为解决高压引起的有压管道输水系统损害的问题,提出了有压管道的转叶式螺旋流消能方法,即将消能装置的三片转叶向同一方向按一定角度进行扭转,形成螺旋式孔口,强制通过孔口的水流发生旋转,形成螺旋流,从而使管道中水流压力大幅降低,达到管道消能降压的目的。试验分析表明,该装置结构简单,消能效果较好,可广泛应用于水利工程的长距离输水系统。     

梯形消能墩—台阶组合式消能工水力特性研究

为降低台阶负压，减少空化空蚀的影响，提高台阶消能效果，在传统台阶凸角位置增设梯形消能墩组成梯形消能墩—台阶组合式消能工，采用水工模型试验与数值模拟相结合的方法，研究梯形消能墩—台阶组合式消能工的水力特性。结果表明，梯形消能墩—台阶组合式消能工台阶水平面与竖直面在靠近凸角附近存在负压，有发生空化空蚀破坏的可能；但台阶水平面与竖直面负压区掺气浓度基本大于5%,可有效降低空化空蚀危害；在本研究范围内，梯形消能墩—台阶组合式消能工消能率可达70%以上，消能率随流量的增大而降低。该组合式消能工有利于减小台阶空化空蚀危害和提高台阶消能效果，可为台阶消能工设计和现有台阶溢洪道除险加固提供参考依据。     

一种新型溢流坝面结构的消能效果及空化特性研究

发展新型溢流坝面结构对提高大坝的泄洪消能能力有重要意义。针对高坝水头高、下泄水流能量大而传统坝体消能效果较差、工程下游河道冲刷严重的问题,设计研发了一种包含分道挑流结构的新型溢流坝面结构,通过室内水力试验观测其挑流消能效果,引入消能率的概念定量测算溢流坝面结构的消能效果,同时通过数值模拟试验讨论溢流坝面结构空化特性及冲刷消能效果。研究结果表明,新型溢流坝面结构通过改变下泄水流流态分布,能够有效降低水流流速,减小其对下游河道的冲刷,为大坝的高效挑流消能提供了新思路。     

齿坎式宽尾墩消能特性CFD模拟

为了解齿坎式宽尾墩的消能效果和机理,以出山店水库枢纽工程为例,在模型试验和数值模拟结果吻合良好的基础上,研究了齿坎式宽尾墩的消能特性和流态,并进一步分析了齿坎式宽尾墩尾端折角大小和齿坎角度对其消能效果的影响。结果表明,水流通过宽尾墩的齿坎后分层,不同层的水流流速不同而相互紊动摩擦,层间水翅在较远处产生剧烈碰撞,进而增强消能效果,获得了最优齿坎式宽尾墩体型,可为工程设计提供参考。     

溢洪道交错式阶梯消能工的消能特性研究

为分析不同坡比下交错式阶梯消能工的水力特性，采用数值模拟与模型试验相结合的方法，对比研究了不同流量下1∶2.0、1∶2.5两种坡比交错式阶梯和矩形台阶消能工的流态、流场、压力场及消能特性等。结果表明，交错式阶梯消能工坡比增加，台阶凹槽处形成的三维漩涡尺度增加，水流旋滚剧烈，水深较大；台阶竖直面压强的绝对值较大，负压区范围增加。两种坡比下台阶水平面压强分布相似，均表现为越靠近台阶外沿压强越小。坡比为1∶2.0的阶梯消能工消能率更大，同一坡比消能工的消能率与流量呈非线性关系，流量越大消能率变化越缓慢。交错式阶梯消能工较矩形台阶溢洪道掺气更加充分，消能率更高。研究结果可为交错式阶梯消能工的结构优化提供理论依据。     

齿墩数目对齿墩状内消能工消能效果的影响

为改善传统消能方式、底流消能方式、挑流消能方式带来的不利影响,选取面积收缩比相同(ε=0.5)而齿墩数目不同的4种试验方案,通过物理模型试验,分析了各方案下齿墩状内消能工的消能率、脉动压强和空化特性。结果表明,4种试验方案的消能率大致随齿墩数目的增加而降低,方案A的消能效果最佳;脉动压强系数沿程分布规律基本相同,脉动压强在齿墩段变化剧烈,脉动压强最大点均出现在齿墩段后约1.5 D(D为圆管直径)处,随后又迅速减小,并在距齿墩段4 D后逐渐恢复平稳状态;在试验研究范围内,当n3时脉动压强随齿墩数目的增加而增大,n=4时脉动压强最小,其抗空化性能最好;脉动压强概率密度分布基本近于正态分布。研究结果可为内消能工的工程应用提供依据。     

洛惠渠渠首溢流坝段消能方式优选

论述了洛惠渠渠首加固改造工程中溢流坝段消能方式的优选,通过对下游水力特性、下游流态特征、消能效果、工程量及费用等几方面的综合分析与比较,以期达到保证工程安全,节约工程投资的目的。     

水工消能设施消能率的理论分析及计算方法

由于水工消能设施内水流流态复杂,当水流流态为恒定急变流和非恒定流时,现有消能率计算公式不能适用。为此,基于水工消能设施内流体能量消散的本质,通过能量方程推导出适用于恒定流和非恒定流计算消能率的一般公式,利用重积分数值计算方法和离散函数求导法则处理所提的消能率计算公式,并给出恒定均匀流、恒定急变流、非恒定流条件下消能率的具体计算方法。最后,以平原区某水闸为例,采用所提公式计算该闸闸门开启后10~40s内消力池的消能率。理论分析及计算案例表明,所提消能率计算公式可适用于复杂流态下消能率计算,通过重积分数值计算方法和离散函数求导法则处理后的计算公式具有实用性和可行性,可较好地解决恒定急变流和非恒定流条件下消能率无法计算或计算结果偏差较大的问题。     

齿墩式内消能工的水力特性数值模拟研究

为了进一步研究齿墩式内消能工的水力特性,采用数值模拟方法,利用Gambit软件建立齿墩式内消能工的计算网格,借助Fluent软件中RNGκ-ε双方程紊流模型对水流流动进行数值模拟,物理模型试验结果与数值模拟结果吻合较好,并在此基础上利用数值模拟方法分析了齿墩式内消能工的压强、流速、消能率及过流能力等水力特性。结果表明,在齿墩入口处管道中心附近的压强明显小于管壁的压强,进入齿墩段,压强骤降形成低压区;在齿墩下游0.1 D(D为管道直径)处压强降到最低,之后开始恢复,并逐渐趋于平稳,压强恢复区长度约为3 D;在齿墩末端正后方形成漩涡回流区,漩涡长度约为1.2 D,之后流速分布趋于均匀;与相同面积收缩比的洞塞式内消能工相比,虽然消能率相应降低,但其流量系数的增幅大于消能率的减幅,有利于缓解过流能力与消能效果的矛盾。     

沙湾电站坝下消能防冲试验研究

通过水工模型试验,论证方案的可行性,对闸下水流流态、流速分布、坝下消能进行了系统研究。并对枢纽布置及结构尺寸进行优化     

某溢流坝下游泄洪消能防冲布置优化研究

为优化分析某溢流坝泄洪消能防冲布置形式,运用数值模拟的方法,建立溢流坝挑流消能及下游防冲的三维数值模型,根据工程特点,在前期物理模型试验成果的基础上,拟定多种下游消能防冲优化布置方案并进行数值模拟计算。计算结果表明,将原方案水垫塘预挖冲坑的下游斜坡改为垂直挡墙结构形式,能有效改善下游水流流态,降低预挖坑后的流速大小、均化流速分布,降低护坦处的压强,提高消力塘的消能效果,可减小对护坦及下游河床、岸坡的冲刷影响,可为类似工程设计提供参考。     

低弗劳德数趾墩悬栅联合消能工数值模拟

针对低弗劳德数水流在消力池内极易形成弱水跃且水面大幅波动的问题,在低弗劳德数情况下,利用RNGκ-ε紊流模型,分别对趾墩悬栅联合消能工与单一悬栅消能工所处流场进行数值模拟,系统分析了水深沿程变化及流速分布规律,得到联合消能结构作用下消力池内部水流流态及过栅绕流涡旋分布。结果表明,联合消能工能增大回流区漩涡尺度,加剧水流卷吸掺混强度,大幅提高掺气浓度,迫使跃前断面向下游推移,相对推移比接近26%,淹没度下降约10%左右,从而显著降低陡坡水流脉动;悬栅附近涡群具有更强的漩涡运动,主、回流间紊动混掺加剧,增强了下泄水流能量耗散。研究结果为同类工程中解决消能防冲问题提供了新思路和参考依据。     

某滞洪区分洪闸消能设施研究

为适应流域发展要求,解决某滞洪区分洪闸的消能防冲、安全隐患等诸多问题,提高泄流能力,拟改建该分洪闸工程,即在护坦末端设置消力坎实现水跃消能或挖深式一级消能方式。试验论证表明,挖深式一级消能方式较优。为充分消能,可在闸后边孔处设辅助消能设施。     

一种新型燕尾坎消能工的流态和消能分析

为了提高孔洞类泄水建筑物的出口消能率,同时避免出口水流堵塞和空蚀破坏,提出了一种带跌坎和反坡的燕尾坎消能工。物理模型试验表明,燕尾坎中间槽的作用使出流分成两股,水流纵向拉伸,减小了落点水舌的平均流速,并使水舌掺气增加,消能率提高;设置跌坎和反坡,通过跌坎掺气和反坡对中间股水流的引导作用,避免消能工的空化和出口流动的水流阻塞,并在中间反坡的引导下,中间水舌按预设方向入水。与传统连续坎消能工相比,该消能工消能率提高15%左右。在分析消能率影响因素的基础上,给出了所提消能工消能率的经验表达式,为孔洞类泄水建筑物的出口消能设计及施工提供了参考依据。     

南川金佛山水电站溢洪道消能结构优化试验研究

金佛山水电站溢洪道水头高、泄量大、下游消能区地质条件差,为改善其消能段的水流流态,提高效能效率,通过整体模型试验,在原方案的基础上对溢洪道进行优化试验研究。结果表明,优化方案较原方案在水面波动、动水压强及其出池流速和消能效率等方面有明显改善,可满足消能要求,可为类似工程提供参考。     

宝鸡峡魏家堡枢纽滚水坝下游消能优化设计

主要论证了魏家堡渠首枢纽除险加固工程滚水坝下游消能采用底流消能的合理性,并通过试验,证明了此种消能方式消能效果良好,且具有投资省、施工方便等经济效益.     

山区弯道水流特性及消能选型

山区弯道水流特性复杂,消能工布置困难,为确定其适宜的消能工型式,分析了山区河流水流特性及工程中常用消能型式,并结合水工模型试验研究了不同消能工布置下弯道水流流态及消力池出口流速分布,提出在弯道出口处设置消力池加辅助消能工(消力墩+异形坝)的工程措施。结果表明,在消力池内设置消力墩和异形坝后,水流流态得到很好的改善,出池水流流速分布均匀,消能效果更好。     

水石门水电站溢流表孔挑流消能数值模拟

为研究水石门水电站溢流堰挑流消能问题,采用有限体积法,利用VOF追踪自由液面和RNGκ-ε紊流模型建立了溢流堰挑流消能的三维数值模型,经与模型试验结果验证,吻合较好。根据工程实际情况,拟定了多种优化消能方案并进行了数值模拟计算。结果表明,在原方案基础上适当增大挑流反弧半径,优化鼻坎挑角能分散水舌入水冲击能量,改善泄流消能作用,从而有效降低下游河床的冲刷。     

陡槽溢洪道上孔板消能特性的试验研究

运用孔板消能工能有效改善低水头、大流量陡槽溢洪道中的水流流态,显著降低陡槽溢洪道中的水流流速和提高消能率。在此采用物理模型试验的方法,结合龙屯水库陡槽溢洪道除险加固工程,通过分析水流流态、水流速度的分布及消能率,对设置在陡槽溢洪道上的孔板的消能特性进行了研究。结果表明,孔板改善了上游弯曲段形成的折冲水流的不良流态,使水流流速明显减小,孔板的消能率达到50%以上,消能效果显著。