吉林台水电站泄洪洞突扩掺气体型的试验研究

吉林台深孔泄洪洞模型试验,通过对偏心铰弧门突扩掺气体型水流流态、空腔特性及其对掺气量的影响、侧壁压力分布等进行观测,对突扩掺气体型水力特性进行研究,并对其空化特性进行分析。     

超深层挡水放空洞复杂体型高速水流水力特性数值模拟

针对某水电站超深层挡水放空洞复杂体型,利用3D紊流数值模拟方法,采用VOF方法追踪自由水面,对泄流能力、沿程水面线、流速、压强等水力特性进行了数值模拟分析。结果表明,该放空洞结构泄流能力满足设计要求,设计体型基本合理,有压洞转弯段出现严重的偏流,需对该段体型进行优化;弧形闸室后部两侧突扩结构最小负压0.1MPa,结构易发生空化空蚀,建议减小突扩结构尺寸,延长侧墙长度,尽量减小侧墙坡度;消能工段出口底板部位最小负压为0.1MPa,建议取消挑坎末端水平段,使水流直接挑出。     

洞内曲线阶梯连接段水流流场特性数值模拟

为研究洞内曲线阶梯连接段水流的流场特性,采用水气两相流Mixture模型,结合Realizableκ-ε紊流模型计算分析了连接段流态和流场分布规律。结果表明,阶梯连接段计算水面线和消能率与试验结果吻合;连接段进口由于突扩了1.0m,局部出现水翅现象,水翅高度和范围较小;阶梯连接段滑行水流分为阶梯漩涡区和平行虚拟底板主流区二部分,斜面阶梯与水平阶梯上的漩涡位置不同,漩涡区水流存在横向流动,流速较小,可见该方法能很好地模拟曲线阶梯连接段的流场特性,为同类水工体型流场特性研究提供了参考。     

大坡度、紧凑型溢流坝中墩水翅消减研究

针对大坡度、紧凑型溢流坝中墩尾部水翅问题,基于某水库工程实例,采用物模试验和数值模拟方法对3种中墩体型进行了对比研究。结果表明,两孔水流在体型1传统中墩后交汇对冲形成了大尺度偏向左岸的水翅和墩尾空腔;体型2消减大坡度、紧凑型溢流坝中墩尾部水翅作用有限,且墩后空腔有所增大;体型3中斜尾墩采用大侧收缩角、小顶面夹角结构设计,有效消减了墩后横向流速峰值和水翅规模,下泄水流更加平顺,溢流坝面和消力池入池流态显著改善,可供类似工程参考。     

组合掺气体型水力特性三维数值模拟

基于Realizableκ-ε紊流模型和VOF方法,以博贡大型龙抬头泄洪洞直线段为例,对挑坎后加矩型、U型和V型掺气槽的水力特性进行了三维数值模拟.结果表明,U型掺气槽水流冲击底板的压强最大,矩型和V型掺气槽对底板的冲击压强相当,矩形掺气槽形成的侧空腔最长.三种掺气槽后水流流态均平顺,水流强烈紊动形成的涡旋卷吸将空气卷吸入水流中.     

空间淹没水跃流态特征数值计算

空间水跃可使局部范围内水流紊动剧烈,提高水流稳定性和消能效率,消能效果较好。为探讨空间水跃的流态特性,基于RNGκ-ε紊流模型和流体体积函数(VOF)自由表面处理方法,建立了三维紊流数学模型,数值模拟了突扩比为0.833、0.667、0.500、0.333等4种空间水跃情况,讨论了不同突扩比下空间淹没水跃的流态及漩涡演变规律。结果表明,空间水跃下游流态存在左右摆动、主流轴线聚集等现象,当突扩比小于一定值后,在水跃发展过程中将产生游离的立轴漩涡。研究成果为空间水跃在水利工程中的应用提供了理论依据和参考。     

深孔突扩跌坎水力特性的三维数值模拟研究

针对突扩跌坎应用于高速泄流的深孔中其破坏因为众说不一的问题,通过对亭子口水利枢纽底孔突扩方案的三维数值模拟研究,分析了突扩跌坎型的压强分布、流速分布、底空腔和侧空腔的形态及整个流态分布,并进行了物理模型试验验证,结果表明,该突扩跌坎方案布局合理、有效,且物理模型试验与数值模拟结果吻合.     

阶梯溢流坝过渡台阶体型水力特性研究

鉴于阶梯溢流坝采用台阶消能具有较好的消能效果,且阶梯溢流面与WES曲面的衔接处常采用过渡台阶可改善水流流态,采用数值模拟计算与模型试验相结合的方法,分析了四种不同过渡台阶体型下的阶梯坝面水流流态、流速、掺气起始点位置、掺气浓度和消能率等水力特性。研究结果发现,方案2、3、4在流态方面稳定,流速方面有一定的减小,消能率方面显著提高,但方案2、3在掺气起始位置方面略微下降。为此对方案4内凹型的过渡台阶的设置进行3种工况下的试验研究,证明其具有较好的工程价值和研究意义。     

渐缩突扩式洞塞水力特性的数值模拟研究

为了深入了解新型渐缩突扩式洞塞泄洪洞的压强分布和消能率等水力特性,采用三维RNGκ-ε紊流数学模型对渐缩突扩洞塞段水流进行了数值模拟研究,分析了雷诺数、收缩比和相对长度对渐缩突扩洞塞的局部水头损失系数和最小压强系数的影响,并与顺直洞塞的对应水力参数进行对比。结果表明,渐缩突扩洞塞的局部水头损失系数和最小压强系数主要受收缩比和相对长度的影响,且收缩比的影响比相对长度显著。随着收缩比和相对长度的增大,局部水头损失系数和最小压强系数相应减小。与顺直洞塞相比,渐缩突扩洞塞的消能率较小,但具有更强的抵抗空蚀破坏的能力。     

侧槽式溢洪道水流的紊流数值模拟研究

针对侧槽式溢洪道侧槽段水流大尺度的横向旋涡、回卷表层水流与由溢流堰下泄水流相互作用后掺气、沿主流方向平均流速分布不规则的问题,采用RNGκ-ε紊流模型对侧槽式溢洪道水力特性进行了三维数值模拟,并与物理模型试验结果进行了对比,获得了水流流态、水面线、压强和流速等水力参数的分布特征。结果表明,计算值与实测值相吻合,该方法有效可行。