公伯峡水电站水平旋流泄洪洞试验研究

本文结合公伯峡水电站旋流泄洪洞水工模型试验研究 ,提出了水平旋流泄洪洞泄流能力、螺旋流流速沿程分布及其径向分布、壁面压力、通风量等计算方法。通过体型优化 ,较好地解决了起旋器与旋流洞连接拐角处的负压和掺气问题 ,有效地避免了空蚀破坏 ,可供同类工程设计参考     

竖井旋流泄洪洞的水力设计

本文通过前人关于竖井旋流消能成果的总结及公伯峡水电站竖井旋流消能成果的分析,提出了一套完整的水力设计方法,可供设计者及研究人员参考使用。     

复杂洞塞泄洪洞消能和空化特性研究

针对高水头、大流量、出口尾水位低、消能防蚀问题突出的导流洞改建为洞塞泄洪洞工程,本文提出了＂垂直洞塞＋压坡洞塞＋水平洞塞组＂的布置形式,采用模型试验与数值计算相结合的方法分别对其消能和空化特性进行了研究。研究结果表明,该布置形式的消能率超过80%;泄洪洞各水平洞塞均无空化发生,虽垂直洞塞段出现了弱空化,但均位于水体中部,不靠近边壁,不会对建筑物产生空蚀破坏;数值模拟揭示了有压洞段详细的流场特征及消能原理。     

布西水电站泄洪洞阶梯消能布置方案数值模拟研究

对布西水电站泄洪洞采用紊流数值模拟方法,在设计水位3301.69m的工况下,进行了不布置阶梯、在不同位置布置阶梯及布置不同长度阶梯的八种组合方案的数值模拟计算.数值计算结果与模型试验结果验证表明,本文采用的数值模拟方法是合理可行的.对阶梯起始布置位置的计算结果表明,阶梯起始位置布置在流速较大处,其消能率会较高,但流速过大时(Fr>7.0)阶梯处容易形成射流,达不到增加消能率的目的.对不同的阶梯布置长度的计算结果表明,阶梯起始位置不变的情况下,随着阶梯布置长度的加长,消能率提高,且呈非线性变化;但当阶梯布置长度大于一定长度后,其消能率增加不明显.本文研究成果对陡坡泄洪洞采用阶梯消能的布置设计有重要的理论指导意义.     

泄洪洞内具有阻塞与扩散段的水平旋流消能方式水力特性的试验与数值模拟（1）

本文采用Realizable k-ε双方程紊流模型和VOF法,并结合模型试验,对一种新型的水平旋流复合式内消能泄洪洞的流态及水力特性进行了分析。结果表明:旋流洞段为空腔直径沿程变化的旋流,扩散段为气水混掺的旋转两相流;空腔直径沿程表现出分段变化的特点,在起旋室内与阻塞扩散段变化较大,在旋流洞段变化较平缓;旋流洞段壁面压强整体较大,但在旋流阻塞段迅速降低;旋流空腔负压沿程增大并在旋流阻塞起始点达到最大;旋流洞段发生空化空蚀可能性较小,而扩散段末端有出现空化空蚀的可能性,需加强结构设计或采用超空化体型。旋流阻塞的设置增大了旋流洞壁面压强,减小了空化空蚀的可能性。     

公伯峡旋流泄洪洞的水力特性与原型观测

本文尝试采用涂层痕迹(图像)分析方法,结合反演与模型试验进行了公伯峡旋流泄洪洞旋流洞段的水力特性的原型观测.研究结果表明:用涂层痕迹(图像)分析法进行高速水力学水力特性原型观测的方法是可行的;在起旋器收缩环后的扩散斜面上存在水流的分离现象;旋流泄洪洞旋流洞段的旋流角的变化范围为75.45～33.56度,原型值与模型值的变化规律相似;壁面流速的最大值和最大壁面切应力均在原导流洞0 235断面左右,壁面的流速和壁面切应力的变化范围分别为35～37m/s和2～3kN/m2.     

水平旋转内消能泄水道空腔环流的旋流特性

本文通过对典型的竖井进流水平旋转内消能泄水道空腔环流的试验观测 ,在流速分布的假定下 ,提出与建立了该体型泄水道各种旋流特性的表达式 ,并给出试验观测结果。试验观测结果表明 ,相对于起始断面的各种旋流特性具有明显的分段性质和沿程衰减的特性 ;下游水位对空腔环流的旋流特性有显著的影响。通过理论分析定义的无量纲综合性无因次旋流参数AM ,物理意义明显 ,较全面的反映了各种基本物理量对空腔环流的影响 ,其沿程线性增大 ,表明空腔环流的断面总动量矩的沿程变化率与单位长度上的壁面切应力对轴心的力矩成正比。     

浅谈国内旋流式内消能泄洪洞工程方案的研究

论述了竖井旋流型与水平旋流型内消能工在体型优化中的重点与方向，结合黄河公伯峡水电站右岸旋流内消能泄洪洞的方案的论证、试验研究与体型优化，进行了连接部位泄流能力的协调与匹配、通气孔的设计、消能率的构成、起旋器出口与旋流洞连接部位后的空化空蚀、洞子的衬砌标准与范围、下游水深的影响等问题的讨论。     

明流泄洪洞布置形式对水力特性影响的数值研究

采用t-e紊流模型,并结合VOF方法,对锦屏一级水电站泄洪洞明流段的两种布置方案进行了数值计算.计算中对壁面粗糙度的合理取值范围进行了分析讨论.并就其对计算结果的影响进行了定性分析.得到了按正常泄量泄洪时"龙落尾"和.龙抬头"泄洪洞内压力分布、空化数分布、沿程水深及平均动能的变化.通过比较,认为.龙落尾"式布置方式缩短了需要掺气保护的洞段长度,可降低工程空化空蚀破坏的风险程度;而"龙抬头"式布置方式的防空蚀性能稍好.出口水流的能量也小,对下游河道的消能防冲有利.     

多喷孔射流的三维紊流数值模拟及消能分析

多喷孔淹没式套筒阀是一种用于压力管道的新型消能型式,它是利用多股多层喷孔使水流高速喷出后在消力池内卷吸、掺混,形成强烈紊动水流来消减能量。喷孔的大小、数量以及布置方式决定了该消能工的消能效率。本文采用RNGk-ε紊流模型对管道出口多喷孔射流消能进行了三维数值模拟研究,对喷孔的优化布置方式进行初步的探索,对该消能工的消能机理以及其它水力特性也进行了分析讨论。提出了断面余能比概念,并以此通过分析比较不同喷孔个数以及喷孔布置方式下的消能效果,发现喷孔交错梅花状布置的消能效果明显优于平行排列的布置方式,给出了断面比能与喷孔个数的变化曲线。     

跌坎底流消能水流再附长度的数值模拟研究

生态友好理念坝工建设趋势下,底流消能优势明显。采用消力池池首设置跌坎的底流消能工很好的解决了消力池临底流速高危害运行安全的难题。本文是在近年来多项高坝工程采用跌坎底流消能工的背景下,通过采用RNGk-ε紊流模型结合VOF方法的两相流数值模拟方法,开展了跌坎底流消能水流再附长度～跌坎高度～坎上水深～坎上流速相互关系的研究。研究结果表明,在坎高和坎上水深一定的情况下,流速的变化不影响水流的再附长度。同过研究结果的无量纲化,给出了L/d（再附长度/跌坎高度）～d/h0（跌坎高度/坎上水深）的关系。