向家坝水垫塘的实验研究与数值模拟

多股水平淹没射流消力池的大量试验研究结果表明：泄槽的体形以等宽或微收缩为宜；水平方向窄而垂直方向厚的水舌适应水位变化的稳定性较好，能始终保持水平淹没射流状态；表、中孔的最优坎高差应大于中孔水流的主流水深，以使表层水跃的回流漩滚区向两侧表孔溢流面充分扩散，从而减弱或消除中孔表层水跃的横轴漩滚。用三维RNG k—ε紊流模型进行了数值模拟，将计算的消力池底板压强及水深与试验结果进行了对比，两者符合较好。     

明流泄洪隧洞中自掺气水流浓度分布及其计算

通过对明渠和明流隧洞中自掺气水流的对比试验，研究了明流隧洞中洞顶的存在对掺气浓度分布的影响。试验结果表明：洞顶的存在可导致洞顶附近掺气浓度分布随高度的增加而减小的情况，同时，在水点跃移区的中上部高含气段，掺气浓度亦有所减小，甚至全断面掺气浓度均低于99%.根据有无顶盖时水点通量守恒的条件，建立了一个计算明流泄洪隧洞中自掺气水流掺气浓度分布的理论公式，并在适当的假设前提下，对公式作了简化并对洞高分别为9cm和10cm情况下，不同流量、不同余幅的掺气浓度进行了计算，计算结果与试验资料吻合较好。     

排沙漏斗优化及输沙特性试验研究

采用大比尺模型试验对排沙漏斗体型进行了优化研究，通过设置适当的悬板和调流墩以及漏斗的体型、尺寸，形成稳定的三维螺旋流使水沙分离实现连续排沙。排沙下界粒径较大时，可以选择较小的漏斗尺寸．使涡流强度提高以较小的耗水率排放泥沙。排沙下界粒径很小时，须选择较大的漏斗尺寸，使涡流强度适当以避免细颗粒泥沙因紊动上浮而被带入引水渠，同时还要避免泥沙在漏斗内淤积。直径60m的漏斗经优化体后，试验结果表明，工作流量为40-50m^3／s，粒径大于0．1mm的泥沙排除率达到90％，而排沙耗水率小于10％，效果良好。     

泄洪雾化模型试验研究

随着我国水利水电事业的发展，雾化问题越来越受到人们的关注。通过对雾化模型的研究，根据一定的模型相似率，测出雾化溅水的范围，对泄洪雾化数学计算模型进行了验证，为预报雾化危害提供强有力的依据。     

脉动水压力沿缝隙传播的试验研究

利用自行设计的专门实验设备，对脉动压力在缝隙中的传播规律进行了实验研究。结果表明，1) 缝隙内水体流动系受进口边界条件控制的流动；2) 缝隙末端开口时，缝隙中脉动压力振幅沿程减小；3) 缝隙末端封闭时，缝隙内脉动压力振幅沿程增加；4) 缝隙中的脉动压力在传播过程中均出现倍频放大现象。     

明渠水流自掺气对断面平均流速的影响

建立了求解明渠自掺气水流断面平均流速的理论公式，计算表明当气泡扩散到槽底，断面平均流速就增大，否则，掺气对断面平均流速影响不大；对断面平均流速的理论公式进行分析，从理论上说明了自掺气水流的速度分布必然存在一个自底面向水面方向不断增大，然后再逐渐减小的过程。分析了掺气对流速影响的原因，认为掺气水流断面平均流速增大主要是由于气泡进入了剪切层，导致掺气水流抗剪强度降低所致，而流速分布在上区减小是由于掺气使气体边界对速度的影响深入到了水流内部所致。     

掺气射流冲刷的数值模拟

在贴体非正交曲线坐标系中,采用控制体积法对掺气射流对散粒体河床的冲刷进行了数值模拟.根据冲刷过程中冲刷深度和坑底压力及流速之间的平衡关系,建立了控制冲刷坑底边界的方法.计算的冲坑深度随着掺气浓度的增大而减小,与试验结果相一致,并且冲坑深度与试验结果符合很好,结果令人满意.用相同的控制散粒体河床冲刷深度的参数,对不同掺气深度、不同水垫深度、不同水流入射速度情况下冲坑深度的正确模拟,说明用数值方法来模拟掺气射流对散粒体河床的冲刷过程及估算冲刷坑深度是合理、可行的.     

射流掺气对冲刷的影响

通过对射流掺气与不掺气时基岩冲刷的对比试验，研究了掺气对射流冲刷的影响。试验结果表明：掺气总是使冲坑减小，冲坑深度随掺气浓度的增加而递减的规律可表示为幂函数关系。当入射流速和水舌厚度相同时，随着下游水垫深度的增加，掺气对射流冲刷能力的减弱程度也增加；当水舌厚度和水垫深度相同时，对不同的入射流速，在本次试验范围内，掺气对射流冲刷能力的减弱程度是相同的。掺气对冲坑形态并没有实质性的影响，冲坑的宽深比随冲坑深度的减小而增大，无论造成冲坑深度减小的原因是掺气、降低流速还是减少入射水舌厚度，其变化规律都可用相同的直线关系表示。     

洞塞式消能工的数值计算

采用K－ε紊流模型对洞塞消能紊流场进行了数值模拟，并与模型试验进行了对比，压力分布计算值与试验结果吻合良好，通过数值模拟，得出了洞塞消能的紊动能和紊动能耗散率的分布规律，详细地反映出洞塞的消能情况。研究表明：用K－ε紊流模型来研究突缩突扩消能的流场是可行的，可以很发地发挥与物理模型相互补充、印证，深入提示内部机理的作用。     

基岩冲刷破坏特征分析

通过对水垫塘纯水淹没射流特征的分析，提出高速射流的脉动压力是基岩破碎、解体是最主要原因，脉动压力的特性与基岩的节理、裂隙的特性共同决定基岩破碎、解体后岩块的大小、分布情况等，而冲刷坑的形成则主要是由于水流速度的作用将岩石带向下游，基岩破坏后的岩块特征将影响冲刷破坏的方式，对于基岩破碎后，其岩块非常均匀且排列整齐的情况，以岩块能否被拔出作为判断是否冲刷的条件；而对于基岩较破碎的情况，将岩块的移动概化为正方体的滚动较能反映实际破坏过程，也能解释实际工程中冲坑后出现的超大岩块的现象。