窄缝挑坎出流水舌出射角的计算

从窄缝挑坎收缩段水流的连续方程和能量方程入手，推导出了水流出射角的计算公式。分析了影响窄缝挑坎水流的出射角的各种因素，确定了水流出射角计算公式中参数的计算方法，从而能够计算直墙窄缝挑坎出流水舌的出射角。     

曲面贴角窄缝挑坎在玛尔挡水电站中的应用研究

曲面贴角窄缝挑坎是我国发明的一种典型挑流消能工,本文通过将曲面贴角窄缝挑坎与传统直线边墙窄缝挑坎工程类比及结构、受力分析,表明曲面贴角窄缝挑坎具有边墙高度低、消能较充分、所受脉动压强较小、结构稳定性好的特点。针对玛尔挡水电站具有水头高、流速大、下游水位低、泄洪建筑物布置集中的特点,通过水力模型试验,将曲面贴角窄缝挑坎与舌形挑坎、斜挑坎及直线边墙窄缝挑坎对比分析,证实曲面贴角窄缝挑坎水舌入水位置合适、不仅纵向拉开还兼顾横向扩散、冲坑浅、淤积体对电站尾水影响小,可以将其推广应用于坝高超过200m的玛尔挡水电站。     

窄缝式消能工在多洞联合泄洪中的应用研究

长河坝水电站为典型的高水头、大泄量的电站,多洞联合泄流,采用挑流消能方式,此类工程对下游河道的消能防冲具有很高的要求。为解决初始阶段水工模型试验挑流消能不充分、水舌空间流态较差的现象,结合工程实际和以往经验,以大比尺水工模型试验为手段,比较了2#泄洪洞在等宽和窄缝挑坎两种形式下单独泄洪和联合泄洪的消能防冲效果,进一步验证了窄缝挑坎和扩散挑坎的有机结合在多洞联合泄洪过程中所体现的优越之处。本文的研究成果对同类型的消能防冲设计有一定的借鉴意义。     

阵列式燕尾坎水力特性研究

本文针对某水利枢纽溢洪道与河道轴线近乎垂直,泄流量范围大情况下存在的泄洪消能问题,通过比尺为1:60的模型试验,对比连续式挑坎和燕尾挑坎的水力特性,在燕尾挑坎基础上提出了一种阵列式燕尾坎,研究了阵列式燕尾坎的挑流及冲刷特性。试验结果表明:阵列式燕尾坎可将水舌分为多股,实现水舌在有限空间内的充分拉伸扩散,增大水舌落点范围,掺气效果明显,射流进入下游河道后产生的旋滚范围及强度均明显减小,河床冲刷减弱,有效保护两岸免受冲刷,充分解决了溢洪道与河道交角较大时消能防冲问题,相关成果可为类似工程提供参考。     

非对称窄缝挑坎的边墙曲线计算方法

本文根据辐射水流特性,应用冲击波简化式,在对称曲线边墙窄缝挑坎的计算法基础上,建立了基于理论的非对称曲线窄缝挑坎设计计算方法。模型试验表明本方法可以比较准确地反映这种窄缝挑坎的水力特性,试验结果与计算结果基本一致。     

水布垭工程差动窄缝挑坎型溢洪道水力特性的试验研究

对水布垭水利枢纽工程高水头大流量泄洪条件下,带有弯曲引水渠和差动窄缝挑坎的溢洪道水力特性进行了模型试验研究。观测了引水渠和溢洪道内的水流流速分布和流动形态,分析和评价了斜型差动窄缝挑坎挑流特性,初析了消能效果。     

溢洪洞出口挑流鼻坎优化试验研究

针对长益庙水库泄洪时下游岸坡淘刷严重这一问题,在挑坎前段溢洪洞YD+152.076-YD+168.875断面加了一对同心圆弯道的基础上,对原方案挑流鼻坎形式做了4种舌形挑流鼻坎修改方案。通过分析比较其挑距、扩散、冲刷等水力特性,最终认为修改方案三各水力参数较优,满足下游消能防冲要求,且施工难度不大,将之定为最终的挑流鼻坎推荐方案。另外,通过各舌形挑坎和原方案挑坎的对比分析,进一步明确了舌形挑坎在增强水流横向扩散方面的优越性。     

堆积体对近床面水流紊动强度试验研究

采用声学多普勒流速仪ADV对概化水槽中受堆积体影响河道的流速进行了精细的测量,并将数据代入无量纲化的紊动强度计算公式来分析流量、河道缩窄率、堆积体侧向坡度对河道近床面紊动强度分布的影响。试验结果表明：以堆积体对称轴断面为起点,在下游相对距离0 ~ 1.5断面处,由于堆积体对水流的束窄和突扩作用导致出现水跃,紊动强度波动较大形成强紊动区,且随阻流作用的增加而增加;在相对距离1.5 ~ 4.5断面,由于水流持续扩散导致紊动强度衰减,但左岸受回流影响紊动强度衰减较缓,因此左岸变化率小于右岸,且变化率随阻流作用的增加而增加;在相对距离4.5 ~ 6.5断面,紊动强度逐渐恢复平稳状态且大于相对距离-4.5 ~ 0断面。试验结论揭示了河道中的水流紊动特性及堆积体对河道水流紊动影响的内在机理,加深了对堆积体作用下的水流运动、泥沙冲淤和输移规律及河床演变发展变化的认识,可为研究山区河流受堆积体影响的河道水流紊动特性的数值模拟提供验证资料。     

数值模拟对比研究微挑消力池水力特性

为研究＂微挑消力池＂水力特性,本文采用三维RNG k-ε紊流模型对其及反弧消力池、跌坎消力池、陡坡消力池进行了数值模拟,对比分析了微挑消力池的水面线、流场结构、临底流速、出池流速及时均压力、动水压力分布等的特点;研究结果表明,微挑消力池入池段＂微挑＂的体型特征,使有限的结构空间得到较充分的水体紊动,底流入池方向有利,临底流速衰减较快。     

宽尾墩及窄缝挑坎的水力计算

本文针对宽尾墩及窄缝挑坎等收缩水流要素,对于对称曲边墙收缩水流,用坐标变换方法提出了二维数学模型及计算方法。同时,对于对称直边墙收缩水流,提出了用极坐标系统的二维控制方程,并求解出这种水流参数,籍此解决了过去在处理边界问题上的难题,也提高了计算精度。     

拱坝表孔单孔双窄缝水舌冲击压强数值分析

挑流表孔采用消能工体型不同,水舌能量分布与挑流引起的冲刷深度就存在差异。为了探索单孔双窄缝消能工体型挑流水舌的能量分布情况,研究其冲刷作用机理,本文利用数值模拟方法计算了拱坝表孔单孔双窄缝挑流水舌的流场信息,在此基础上,分析冲击压强在河床底板上的特性。研究结果表明,双窄缝消能工体型冲击压强具有普通斜淹没射流的特点,但能量更为分散,水垫区流态复杂,不同水股的相互作用更加明显,且不同工况下时均冲击压强分布形态不同,这些变化都将有利于能量的耗散。     

低气压环境中的挑流水舌动水压强实验研究

随着我国高坝建设的发展，西部高海拔地区低气压环境下的高速水流特性对高原建坝提出了新的挑战。本文采用实验的方法来研究环境气压变化对水舌挑距和水垫塘内动水压力特性的影响，为高海拔地区建坝提供技术指导。研究发现减压使水垫塘中的动水压强增大，气压降低10 kPa，时均压强最大可达3.9%，脉动压强最大可达5.5%；同时在低气压环境中水舌的挑距受到水舌在空中掺气扩散的影响，由于模型和原型相似律的原因，空气阻力对水舌挑距的影响在模型和原型中有所不同，但环境气压降低，空气密度和空气阻力减小，水舌在空中的掺气也会减少，即水舌扩散程度降低，低气压下水舌更加集中。     

导流洞挑射水舌的模型试验及数值模拟研究

采用模型试验和数值模拟相结合的方法对导流洞挑射水舌的水力特性进行了研究。原设计连续挑坎存在水舌落砸本岸基岩的问题,改为斜切挑坎予以解决;采用RNG k-ε紊流模型计算了三维流场,再现了水舌的空中形态,对比沿程水面线、出口流速和水舌挑距,计算结果与测量数据吻合较好。研究结果表明：对于中低流速的斜切挑坎,挑角以15～25°为宜,高坎出口的表面流速明显小于低坎出口的临底流速,会导致高坎出口挑距明显缩短,理论分析时应考虑挑坎高差对流速的影响。     

三峡水库库区上段水流特性分析

三峡水库的蓄水运用,使其河道型库区内水流有了明显的壅水型非均匀流特征,其流态的改变显著影响着泥沙输移和洪水传播特性。采取专门实测资料,分析库区上段的三维流速及紊动强度沿垂线的分布特征。结果表明:三峡水库上段纵向流速沿垂线分布基本符合对数流速分布公式,横向流速分布受地形影响较大,垂向流速明显,且方向一般向下;沿程各断面纵向、横向及垂向水流相对紊动强度分布比较均匀,尤其是垂向水流紊动强度沿程随着壅水程度的增大有增大的趋势。壅水型非均匀流在垂向流速及垂向紊动强度的分布特点,将给库区泥沙运动、尤其是悬移质含沙量沿垂线分布带来明显影响。     

空中水舌运动特性研究

随着水电建设的发展,我国大型水电工程多在狭谷地化修建,泄水建筑物的泄洪消能是水利枢纽设计中必须妥善解决的重要问题。利用坝顶和坝身孔口泄洪是通常采用的泄洪方式,其出口消能多采用挑流消能,在进行枢纽布置及泄水建筑物设计时,往往希望事先了解水舌扩散后的水流情况。但是目前关于水舌在空中扩散消能的研究尚不能满足设计要求,本文重点对水舌的扩散规律、水舌内的流速公布及其能量损失进行了研究。     

泄洪雾化危害的治理方案研究

挑流泄洪引发的强降雨及雾流灾害对周围建筑物安全及周边生态环境影响巨大,建筑物应尽可能避免布置在暴雨区（降雨强度S ≥ 10 mm/h）内。本文针对纳子峡水电站在泄洪期间电站厂房处于暴雨区的情况,利用水力学模型试验对溢洪道的挑坎体型进行优化研究,通过对比不同挑坎体型挑流水舌的挑高、挑距、入水宽度、下游河床冲刷形态、水舌风以及溅水量等参数指标,得出以50°挑角左侧边墙加扭面贴角挑坎体型为推荐体型,进一步对比了原体型和推荐体型各参数指标在不同工况下的变化规律。试验结果表明：相比其他体型,推荐体型挑流水舌沿轴线整体向右侧偏移,电站厂房尾水上游边坡溅水情况改善明显;各工况下,推荐体型厂房尾水上游边坡的溅水量及厂房尾水附近水舌风的抑制均明显优于原体型。     

高拱坝表孔宽尾墩水力特性试验研究

采用模型试验方法,对宽尾墩消能工应用于高拱坝表孔后,其下泄水流流态、泄流能力、水垫塘流态及水垫塘底板冲击动压等水流特性进行了研究。结果表明：高拱坝表孔宽尾墩流道内存在自由跌流、急流冲击波及缓流三种流态;当处于急流冲击波流态时,其下泄水舌呈窄而高且长的窄长流态,水舌纵向扩散效果明显,并且宽尾墩体型几何参数变化不会影响其泄流能力;水垫塘底板最大时均冲击动压值随着堰顶水头的增高而增大,随着宽尾墩收缩比的增加而增大,随着墩尾折角的增大而减小,随着坝面倾角的增大而减小。     

宽尾墩和窄缝挑坎—收缩式消能工的应用

收缩式消能工的特点是利用过水断面在宽度上收缩,促使射流在纵向更充分扩散,同时增加水流掺气。这种消能工在原理上特别适用于狭窄河谷中的高水头泄水建筑物。收缩式消能工的一种形式是窄缝挑坎,它在国外应用已近30年的历史,效果良好。我国近年首创的宽尾墩也是一种收缩式消能工,室内试验表明宽尾墩增强消能作用的效果是显著。更兼它结构简单,所形成的收缩射流除与坝面的接触面积显著缩小外,还可大量掺气,对坝面防蚀减蚀也很有利,是一种值得重视的新型消能工。     

挑流消能冲坑内基岩体的动力分析研究

宏观上挑流消能中下游河床冲刷坑的形成,主要是入射水流的冲击能力与河床基岩的抗冲能力两者相互作用的结果。入射水流是以低频紊动的脉动水流为主,而河床基岩的抗冲能力,主要由岩体的强度及其振动特性确定。一般情况下,下游河床基岩在水流脉动的作用下,发生低应力断裂,最后出穴而去,形成冲坑。     

溢洪道出口扭曲型挑坎水流的数值模拟

采用k-ε紊流模型,VOF方法跟踪自由水面,求解三维N-S方程对三种不同出口挑坎体型的溢洪道内水流流动进行了数值计算分析,得到了出口挑坎段的水流流动参数分布,并详细计算了出坎水流的抛射形态。通过比较分析,优化挑坎体型,为工程设计提供参考。