高拱坝表孔宽尾墩体型优化试验研究

高拱坝表孔溢流坝面短,作用水头低,堰前行进水流具有向心倾向.宽尾墩消能工应用在高拱坝泄洪表孔必须与此特点相适应.本文对宽尾墩应用在高拱坝坝顶泄洪表孔的体型布置进行了试验研究.结果表明,宽尾墩应用在高拱坝表孔时,出口角度不宜采用挑角,而应采用俯角:采用较大的宽尾墩墩尾折角有利于水流的纵向扩散和减小水垫塘底板冲击动压;同时为避免拱坝曲率造成的水流径向集中现象,两边表孔宽尾墩应采用非对称体型设计.优化后表孔水流能够在竖向及纵向充分扩散,空中呈窄而高且长的流态,在水垫塘中横向分区入水明显,不仅使水垫塘底板冲击动压减小和冲击点向下游偏移,而且为高拱坝表深孔水舌相互穿插无碰撞消能,减轻泄洪雾化创造了条件,对狭窄河谷中的高坝工程具有重要的工程应用价值.     

高拱坝表孔宽尾墩流道内水流特性的数值模拟研究

宽尾墩应用于高拱坝表孔后,其下泄水流的空中扩散特性与宽尾墩流道内的水流特性密切相关。采用k-ε双方程紊流模型对宽尾墩应用在高拱坝坝身泄洪表孔时的水流特性进行了3维数值模拟,给出了孔流道水面线、压力、流场等水流特性。计算值与模型试验值对比,两者吻合较好。计算结果发现,坝面中线压力分布与侧墙压力分布存在相似规律,所不同的是侧墙压力在宽尾墩转折点位置存在局部增大;墩尾压力分布受墩内水流流线弯曲影响,其分布不再符合净水压力分布规律;墩尾水流流速大小沿水深方向变化不大,但流速方向变化比较明显。     

高拱坝坝身表孔和深孔水流无碰撞泄洪消能试验研究

宽尾墩和窄缝收缩式消能工具有使水流横向收缩、垂向扩散及纵向拉长的功能。本文将宽尾墩和窄缝挑坎分别应用于高拱坝坝身表深孔，并对表孔和深孔出口不同体型组合进行了联合泄洪消能效果的模型试验研究。试验结果表明，当表孔采用宽尾墩、深孔采用窄缝挑坎时，获得了窄长的下泄水流流态，表孔和深孔水舌空中相互穿插下落，不发生碰撞，不仅实现了无碰撞消能的目的，有助于降低泄洪雾化的强度，而且水垫塘底板冲击动压减小。本消能方式可以充分利用下游河道的纵向空间，特别适合于狭窄河谷中的高拱坝坝身泄洪。     

窄缝挑坎在高拱坝深孔中的 初步应用研究

在锦屏一级水电站（拱坝坝高305 m）整体水工模型上将窄缝挑坎应用于高拱坝泄洪深孔,对窄缝挑坎体型参数选择和布置进行了试验研究。试验结果表明,窄缝挑坎应用于高拱坝深孔,可以获得窄长下泄水流流态;边墙压力测量结果显示,深孔采用窄缝挑坎后边墙无负压出现,但在窄缝收缩起点附近存在压力增大;射流水舌在水垫塘内纵向扩散效果显著,水垫塘底板时均冲击动压分布相对常规挑坎时而言更加坦化,底板冲击动压差也大大减小,这对水垫塘底板稳定和减小射流冲刷有利.     

窄缝消能工水力特性的数值模拟与试验研究

本文对高拱坝深孔窄缝消能工的有压洞段及出口的压力、沿程水面线、沿程流速分布、水舌入水角度、水垫塘底板的动水压力分布等水力要素进行了研究,采用基于VOF两相流的标准k-ε双方程紊流数学模型对各水力要素进行了数值模拟,并与模型试验结果进行比较。结果表明:数值模拟结果与模型试验吻合良好,说明利用该数学模型模拟窄缝收缩段、空中射流水舌及水垫塘的水力特性是可行的。利用抛射体理论计算公式得到各种形式下水舌进入水垫塘的运动轨迹、入射角及入射流速,弥补了模型试验中无法测量空中水舌流速分布的不足,可以为工程设计及应用提供一定的参考依据。     

矩形明渠跌水量水试验研究（研究生论坛稿件）

明渠设置跌坎后形成自由跌落水流,其跌坎水深与明渠临界水深之比近似为一定值,即EDR(end-depth/critical-depth),利用这一关系可实现明渠流量的计量。EDR值与明渠的底坡和糙率系数有关。本文结合工程实际,利用模型试验对渠道底坡和糙率对EDR的影响进行了研究,并同国外的研究成果进行了比较。试验结果表明：随着坡度的增加,EDR逐渐减小;随着糙率的增加,EDR逐渐增大;试验数据资料表现出极好的相关性,相关系数为0.9830;根据本试验结果并结合国外试验结果,提出了矩形明渠测流的经验公式,流量计算平均相对误差小于1.35%。     

淹没射流流场演化过程研究

摘要：采用大涡模拟方法（LES）研究了淹没射流紊动流场的演化过程,分析了速度、压力、涡量的演化规律和它们之间的内在联系。研究发现,压力场等值线呈一簇簇同心圆分布,沿射流轴线方向圆心高压和圆心低压交错分布,随着射流的进行,同心圆随射流下移并伴有变形、分裂、融合等现象;分析速度场发现射流轴线处存在高速流体团脱落现象,在固定点处的速度和压力大小有很好的负相关关系;分析涡量场发现涡旋的摆动造成了射流主体的摆动,涡旋的存在导致了压力场圆心低压和圆心高压交错分布的现象。     

陡坡粗糙矩形明渠中自由跌流的水力特性

在矩形明渠中，自由跌水可作为其流量计量设施，具有简单方便、运行维护容易的特点。工程中，矩形明渠底坡往往为陡坡，边壁因材料限制通常较粗糙，体现为陡坡粗糙渠道的特征。目前对此类明渠中设置跌坎后，跌坎上的水力特征性研究较少。本文采用模型试验的方法对不同底坡S、不同边壁粗糙度n的矩形明渠中的自由跌水水力特性进行了研究。试验中，底坡范围为0.002 6到0.097 3之间，明渠边壁糙率系数在0.009 3到0.019 3之间，明渠水流弗洛德数Fr₀在1.0到6.62之间，远超以前研究的范围。结果表明：在试验确定的底坡和边壁糙率系数范围内，明渠跌坎上游水流为急流，自由跌流坎末水深h_e与其上游临界水深h_c之比值h_e/h_c与√S/n呈线性相关。另外，受自由跌水影响的跌坎上游长度L只与底坡和边壁糙率系数有关，而与渠道流量无关。对陡坡渠道而言，h_e/h_c值随着水流弗洛德数的增加而呈对数减小。最后本文根据试验数据提出了陡坡粗糙矩形明渠的自由跌流坎末水深与上游临界水深之比值h_e/h_c和√S/n，L和√S/n以及h_e/h_c和来流弗洛德数Fr₀的计算公式。本文通过增大底坡和边壁糙率的值，进一步扩展了前人关于明渠自由跌水的研究，这对于利用明渠自由跌水进行流量计量具有重要的工程应用价值。     

侧墙掺气坎空腔长度初探

侧空腔长度是侧墙掺气坎设计时考虑的重点内容。采用模型试验和三维数值模拟,对侧墙掺气坎空腔长度的影响因素进行了探讨。结果表明,用紊流数学模型来模拟泄水道反弧末端侧墙掺气坎的空腔长度是可行的;侧墙掺气坎空腔长度不仅与侧墙掺气坎的体型尺寸有关,还与底部掺气坎的体型尺寸有很大关系。在设计侧墙掺气坎时,需同时考虑底部掺气坎的尺寸。     

秸秆碳源对高硝氮含量水体脱氮效果实验研究

针对高含氮水体往往存在碳源不足,需要补充碳源的问题,以农林废弃物油菜秸秆作为外加碳源,对不同高含氮的水体进行了生物反硝化脱氮实验研究。结果表明,油菜秸秆在NO_3~--N含量相对较低的水体情况下脱氮效果较好,可以作为良好的缓释碳源,当NO_3~--N的质量浓度为20 mg/L时,脱氮效果最好,NO_3~--N负荷为31 mg/(L·d);当NO_3~--N的质量浓度大于30 mg/L时,因秸秆释碳不足,NO_3~--N去除率减小。不同浓度NO_3~--N水体的NO_3~--N去除率差别较大,但脱氮负荷较为接近,说明高含量NO_3~--N水体的脱氮效果主要与秸秆释碳量有关,受碳源影响。