突扩突跌体型的部分水力特性实验研究

高坝泄水建筑物在运行过程中,一般都会采用掺气减蚀的处理措施以保证工程安全。然而,采用常规底部掺气设施后,下游侧墙仍可能出现空蚀破坏。而加入侧墙掺气处理措施,可有效提高下游近壁水体的掺气浓度。本文通过模型试验,对突扩突跌体型下,侧空腔长度对水流形态的影响,佛劳德数对水流形态及侧空腔长度的影响进行了实验研究。     

掺气减蚀技术及掺气设施研究进展

为优化掺气设施体型并对其水力特性进行研究,在已有理论研究成果与工程实践经验基础上,从水流掺气减蚀机理、掺气水流运动特性及掺气设施体型及布置三方面评述了水流掺气减蚀技术研究进展。针对目前掺气减蚀技术研究中存在的不足,认为今后应进一步加强多泡情况下空化泡-空气泡-边壁微观作用机制,近壁(底板、侧壁)水体掺气浓度、气泡特征的沿程演变规律,复杂条件下掺气设施体型优化等方面的研究。     

大型泄洪洞高速水流的研究进展及风险分析

高水头、大流量泄洪洞内高速水流问题主要问题之一是水流空化引起过流表面空蚀。几个实际工程泄洪洞发生空蚀破坏的实例表明反弧段下游一定范围是容易发生空化空蚀的敏感部位，其主要原因是由于反弧段内的水流流速高，流态复杂，在水流离心力的作用下沿程压力梯度大，水流掺气条件差，缺乏有效的掺气保护。掺气减蚀是解决泄洪洞过流表面空蚀的有效措施，对水流进行三维掺气的减蚀技术有了较大进展。“龙落尾”式和 “龙抬头”式是高水头、大流量泄洪洞的两种常用布置型式，风险分析认为“龙落尾”式泄洪洞布置对地形地质的适应性更好，即使发生事故对大坝的安全威胁小，也更具有抗风险的能力。     

"龙抬头"泄洪洞高速水流掺气减蚀研究

高流速泄洪洞易发生空蚀破坏,甚至威胁建筑物安全,采用合适的掺气减蚀措施是减免空化、冲蚀破坏有效的技术手段。通过减压模型试验、理论计算分析、工程运用调研,对涔天河水库“龙抬头” 布置的２＃泄洪洞高速水流掺气减蚀开展了系统研究,提出了局部体型改进措施、衬砌平整度控制标准,及掺气坎布置与体型优化,简化了衬砌施工工艺,加快了施工进度,保证了工程质量。     

“龙抬头”泄洪洞高速水流掺气减蚀研究

高流速泄洪洞易发生空蚀破坏,甚至威胁建筑物安全,采用合适的掺气减蚀措施是减免空化、冲蚀破坏有效的技术手段。涔天河水库工程通过减压模型试验、理论计算分析、工程运用调研,对"龙抬头"布置的2#泄洪洞高速水流掺气减蚀开展了系统研究,提出了局部体型改进措施、衬砌平整度控制标准,及掺气坎布置与体型优化,简化了衬砌施工工艺,加快了施工进度,保证了工程质量。     

突扩跌坎掺气设施深化研究

高速水流下的空化空蚀和高水头下的闸门止水问题是高水头泄水建筑物运行所遇到的2大问题。为深入研究突扩跌坎掺气设施,进一步了解其水力特性和空化特性,以某水利枢纽孔板泄洪洞中闸室通气系统和突扩跌坎掺气设施为具体研究对象,通过建立比尺 1∶20 的局部水工模型,分析研究了通气孔风速、流态、压力、掺气浓度等水力特征参数,并将试验结果与原型观测结果进行了对比。结果表明:该工程布置的掺气效果良好,试验所得通气管内风速随闸门开度变化的趋势、水流掺气浓度、压力及其脉动在数值上与原型观测结果均一致,说明工程原型观测与模型试验对比验证是成功的。理论研究和实际运用均表明,结合闸门止水和掺气减蚀要求的突扩跌坎布置,是符合实际需求且安全可行的,同时也是解决高水头条件下闸门止水和掺气减蚀的有效措施,具有广泛的推广应用价值。     

洞式溢洪道掺气减蚀设施的体型优化研究

有关高速水流泄水建筑物掺气设施体型优化方面的研究还没有成熟的理论方法,此研究拟通过模型试验的方法取得掺气减蚀设施的体型优化成果。结合大渡河猴子岩水电站洞式溢洪道的大比尺水工模型试验,根据规范,采取3道掺气设施,并对掺气设施挑坎坡度、高度和跌槽深度对比选优,对高水头溢洪道掺气减蚀设施进行优化研究。试验表明,通过改善掺气设施型式,可以有效减免反弧段空化和气蚀。成果可供设计高水头、大流量洞式溢洪道掺气设施体型参考。     

猴子岩水电站深孔泄洪洞掺气减蚀设施研究

深孔泄洪洞采用有压接无压布置型式,无压段流速26.6~42.2 m/s,水流空化数0.34~0.15,其中大部分洞段流速大于30 m/s,水流空化数小于0.30,为避免高速水流引起空蚀破坏,在控制过流面平整度和采用高等级抗空蚀混凝土的同时,需布置合理的掺气减蚀设施。通过大比尺模型试验对掺气坎体型进行了多方案比选,得到了合理的底部掺气坎体型,试验成果表明设置两道掺气坎后无压洞段底板掺气浓度和通气井内风速满足规范要求。     

底部掺气设施水流掺气量的计算

掺气减蚀是高速水流泄水建筑物减免空蚀破坏的重要措施。为了有效地实现掺气减蚀,必须使通过掺气设施后的强迫掺气水流达到一定浓度的掺气量。利用本文提出的掺气坎射流轨迹的微分方程计算出了掺气空腔长度,并通过掺气坎供气系统的供气量与水流掺气量的平衡,给出了一种通过计算掺气坎射流空腔负压来确定水流掺气量的计算方法。计算结果与试验结果吻合良好。利用该方法,可对通风系统和掺气坎的设计体型进行初步验算,以判别掺气设施能否满足掺气减蚀要求。     

公伯峡水电站左岸溢洪道泄槽防空蚀设计优化

为了提高公伯峡水电站左岸溢洪道泄槽抗空蚀设计的可靠性、安全余度和减少施工难度，在分析国内外高速水流泄洪建筑物运行实例的基础上，结合公伯峡工程实际，通过水力学模型实验验证，优化设计采用了增加掺气设施。保证高速水流底部充分掺气，从而防止了泄洪建筑物的空蚀破坏。这一措施不仅简单、易行，还可节约工程投资、增大工程安全度和可靠性。     

侧折流器对突扩突跌掺气减蚀的影响研究

突扩突跌式掺气可较好的解决高水头深孔闸门面临的问题,即高速水流下的空化问题和闸门止水问题。但由于多数深孔闸门水头高、流速大,运行安全隐患多,突扩突跌式掺气减蚀设施在应用过程中也出现了不少问题。因此,实际工程应用中对弧门突跌突扩式掺气减蚀设施进行了大量水工模型试验、原型观测,并从两侧突扩宽度、跌坎高度、增设侧掺气坎等方面进行优化研究。以江坪河水电站工程泄洪放空洞弧形工作门突扩突跌式门槽水力学减压模型试验为依托,从水流流态、动水压力以及水流空化特性等方面,对比分析折流器对突扩突跌式掺气减蚀的影响。     

不同孔眼数量下曝气池中气液两相流数值模拟

曝气池是活性污泥处理系统中的核心处理构筑物,而曝气池中气液两相分布及其流动规律对曝气作用的影响又至关重要。本文运用FLUENT软件对曝气池内气液两相流动问题进行了数值模拟,并对比了相同的曝气量,不同的孔眼数量下,曝气池内气液两相的分布情况和流动规律,说明了在本文所模拟的工况下采用孔眼数量为五孔时曝气效率最高。     

杨房沟水电站导流隧洞工程布置及结构设计

杨房沟水电站导流隧洞具有导流与度汛流量大、流速快、水位变幅大、洞身断面较大、使用年限长等特点。导流建筑物一旦失事将推迟大坝的施工进度和发电工期,造成重大灾害和损失。综合当地地形地质条件、洪水特性、枢纽布置及工程特点,介绍了导流隧洞的布置及断面型式、导流隧洞水力学计算结果、进出口及洞身支护、进口闸门井及堵头等结构的设计方案。导流隧洞进口闸门室结构计算表明:在各运行工况下,建筑物满足安全运行要求;基础地质缺陷处理和边坡处理满足规范规定的稳定安全系数要求。     

输水隧洞坡角对侧式进/出水口水力特性影响研究

抽水蓄能电站侧式进/出水口具有双向过流的特点,进/出水口自身体型参数对其水力特性具有很大的影响,但连接的输水隧洞布置型式也同样会影响进/出水口水力特性,若输水隧洞布置不恰当,将可能导致进/出水口出现不利的水力特性。利用RSM紊流模型,以某侧式进/出水口为研究对象,在进/出水口体型不变的前提下,研究出流工况不同隧洞坡角对进/出水口内部流态、拦污栅断面流速不均匀系数、水头损失系数及流量分配等水力特性的影响。结果表明,当隧洞坡角等于扩散段垂向扩散角时,进/出水口内部流态较好,反向流速区的沿程范围、拦污栅断面流速不均匀系数及水头损失系数均最小。因此,当进/出水口扩散段垂向扩散角不大且各隧洞坡角均满足地形、地质条件的情况下,隧洞坡角等于扩散段垂向扩散角时,可获得较优的水力特性。     

漩流式竖井泄洪洞在沙牌工程中的应用

结合模型试验、工程地质、地貌、枢纽布置条件，在沙牌水电站设计和布置了漩流竖井泄洪洞，并以其陡坡急流式短压力进水口区别于世界其它缓流进水的竖井泄洪洞，同时进行了完整的原型观测设计，以获取新型竖井泄洪设施的动水压力、水流空化、流速和通气量的资料。     

EFFECT OF AERATOR ON HYDRAULIC DRAG ACTING ON A CHUTE

The formulae used to calculate the friction in the non-uniform flow chute were examined with the experimental data. and the results show that the accuracy of the formula is enough for engineering applications. A comparison between the results of friction respectively from the uniform flow assumption and the non-uniform flow approximation indicates that the former is an order of magnitude larger than the latter in the case of steep chute. The hydr~3ulic drag on a steep chute with aerators was measured on the hydraulic model directly and the coefficient of the aerator effect on the drag was obtained. The variation patterns of the wall shear just down stream of the aerators were investigated and the mechanism of the increase in the drag by aerator were analyzed qualitatively with the measured water depths just downstream the aerators.     

抽水蓄能电站侧式进出水口体型及水力特性研究进展

侧式进出水口是抽水蓄能电站广泛采用的水流过渡结构形式,是连接库区与输水管道的咽喉。该部位双向过渡水流结构较为复杂,对工程的运行效率及安全有重要影响,而合理的进出口体型是保证水流合理过渡和工程安全的关键。研究侧式进出水口体型及水力特性的方法主要有物理模型试验、数值模拟及原型观测。文章对进出水口前漩涡、进出口段水流过渡和水头损失等方面研究成果加以总结。分析了漩涡形成机理、诱涡因素及抑制漩涡形成的工程与非工程措施;明确了均衡过渡水流的工程要求及满足水流均衡过渡的结构体型设计准则;列举了部分工程进出水口体型参数、过渡水流特征数及进出流水头损失系数。     

泵站进水池构筑物布置形式对水流的影响

为分析泵站进水池中构筑物布置对水流的影响,采用CFD技术模拟计算了进水池中不同构筑物布置形式的水体流动状态。计算结果表明:在进水管两侧设置水泵梁,对进水池流态及喇叭口出口水力性能基本无影响;进水侧水泵梁改为检修平台,平台下方出现横轴漩涡,喇叭口出口水力性能略有降低;进水管后侧设置检修平台,切断了进水池表面及两侧近壁区水体进入喇叭口的通道,出口水力性能降低;在池内设置检修胸墙,改变了表面水体流动方式,造成喇叭口单向进水,出口水力性能下降明显;同时设置检修胸墙及进水管后侧检修平台,池内水流紊乱,喇叭口单向进水,出口水力性能最差。因此,除水泵梁外,进水池中应避免设置其他构筑物。     

三门峡大坝双层泄水孔原型噪声观测与底孔改建设计

三门峡大坝泄流排沙孔原为施工导流底孔，其体型不满足黄河高含沙水流的要求，泄水后其斜门槽、工作门槽导轨等部位发生严重破坏。为了查明破坏机理，提出合理的改建措施，于１９８９年对双层泄水孔进行了原型噪声观测。本文介绍了噪声测试水流空化的原理、方法及成果，对照水工模型试验及底孔破坏情况进行了分析，对改建方案进行了论证。此次原型噪声观测为水工建筑物水流空化情况测试和判断提供了新的途径，底孔改建为改善水力条件