基于数值模拟的某阶梯溢洪道方案优化研究

基于数值模拟方法,利用FLUENT软件对某阶梯溢洪道原设计方案下的泄流能力、闸门全开时的水面线、沿程各段压力等值线、闸门全开时沿程流速分布等流场要素进行模拟计算,根据计算结果分析原设计方案中存在的不足和问题,并提出了新的优化设计方案。研究结果表明:新方案能较好的满足工程设计实际要求,并可对同类型阶梯溢洪道的优化设计提供有价值的参考。     

七台河市汪清水库溢洪道工程布置设计

七台河市汪清水库消险增容扩建工程中溢洪道的布置有两种方案,既左侧山体开挖和利用原有溢洪道基础.根据枢纽处的地形、地质条件,结合方案投资.多方案比选后进行溢洪道工程设计.选定方案为新建正槽式溢洪道,位于左岸,溢洪道轴线与坝轴线垂直布置.开敞式、有闸控制.溢洪道由进口引水渠、进口直线段、闸室段、消力池及尾水渠等组成,沿轴线总长297 m.消能采用底流消能方式.     

数值模拟在溢洪道体形优化中的应用

利用k-ε双方程紊流模型,采取瞬态PISO算法求解压力—速度耦合的方法,结合VOF追踪自由表面对溢洪道体形进行数值模拟优化,得到了溢洪道内流态、沿程水深和底板压力的分布。通过物理模型试验验证,两者结果吻合较好,说明数值模拟方法能方便地应用于溢洪道体形优化。     

台阶式溢洪道水流比能与剩余能量关系研究

水流比能是一个非常重要的水力参数,引入剩余能量,分析得出台阶溢洪道水流比能与剩余能量的关系,结合斯木塔斯水电站台阶式溢洪道模型试验,研究了台阶溢洪道水流比能在不同单宽流量、台阶高度条件下的沿程变化规律。试验结果表明:在满足滑行水流的条件下,台阶式溢洪道水流比能沿程先增大后稳定,该稳定值等于溢洪道出口的剩余能量;剩余能量随单宽流量的增大而增大,随台阶高度的增加而减小。同时给出坡比为11.25的台阶溢洪道剩余能量和消能率的计算式。     

台阶式溢洪道滑行流相对水力特性规律研究

台阶式溢洪道消能效果显著、能大大减小下游消力池的尺寸、节省工程量和投资,但其水流规律复杂。本文对比研究了台阶式溢洪道和同体型的光滑溢洪道,并引入台阶式溢洪道相对流速、相对弗劳德数、相对消能率等3个相对水力参数。通过模型试验,分析了台阶式溢洪道流速、弗劳德数、消能率等常规水力参数及3个相对水力参数沿程变化规律、相对临界水深及溢洪道坡度对常规及相对水力参数的影响。分析结果表明:台阶式溢洪道常规水力参数沿程呈复杂的曲线变化规律,相对临界水深及坡度对常规水力参数的影响亦较为复杂,不便应用;台阶式溢洪道相对水力参数沿程表现出良好的线性相关关系,相关系数平均值为0.9887～0.9944;相对水力参数均随相对临界水深的增大而减小,随溢洪道坡度的增大而增大。通过对台阶式溢洪道相对水力参数沿程线性规律的定量分析,并结合光滑溢洪道成熟的水力计算理论,可为台阶式溢洪道复杂水力特性计算提供新方法。     

岸边溢洪道水工模型试验与设计优化

笔者以江西四方井水利枢纽溢洪道为例,通过整体水工模型试验,研究溢洪道泄流能力、水流流态、沿程水深、时均压强及消能效果等;通过优化进水渠形式,调整宽顶堰为WES实用堰,同时增加消力池长度等措施,提出了优化布置方案.结果表明:原方案溢洪道泄流能力不足,控制段流态紊乱、消力池长度偏短;优化方案泄流能力满足设计要求,能够保证各...     

某水库溢洪道出口挑流鼻坎优化试验研究

针对某水库溢洪道原设计方案中挑流水舌落在海漫平台上造成严重冲刷破坏的问题,对溢洪道末端的挑流鼻坎进行了优化。通过水工模型试验,观测了溢洪道的水流流态、溢洪道的水面线与深度、溢洪道的流速、溢洪道沿程的动水压强、溢洪道出口的水舌挑距等。结果表明:优化方案下,水流避开了海漫平台而落入海漫前端左侧河道中;优化方案下计算空化数都在0.3以上,较原设计方案更安全;优化后,试验测得挑流冲刷坑内靠近坝脚侧的旋流淘刷最大流速约为1.7 m/s,比原设计冲刷坑内淘刷流速小,对右岸边坡产生较小冲刷,使挑射水流不影响后坡脚;优化方案合理,能较好地解决挑射水流直接冲刷海漫平台的问题。     

台阶式溢洪道水流能量特性的研究

为了研究台阶式溢洪道上水流能量特性,对坡比1:1.25不同台阶高度的台阶溢洪道进行模型试验,试验结果表明:台阶溢洪道上总水头沿程急剧降低;水流比能表现出沿程先增大后达到稳定值的规律;水流比能的变化决定总水头的变化,比能稳定值越小说明台阶溢洪道的消能效果越好。通过无量纲分析得出稳定比能与相关影响因子的2个无因次参数,结合试验和相关文献对2个无因次参数拟合,表现出良好的幂函数规律,相关系数为0.994 9~0.997 2。同时得出计算剩余能量和台阶溢洪道总消能率的经验公式,为相关设计提供参考。     

开敞式宽大单泄槽溢洪道水力特性及优化布置研究

开敞式宽大单泄槽溢洪道与一般溢洪道相比易发生水流流态复杂、掺气效果差等工程安全问题。以马来西亚Baleh水电工程为例,采用VOF法与RNG k-ε双方程紊流模型对溢洪道流场进行三维数值模拟。计算分析了不同工况下溢洪道流态、流速、沿程压强等水力特性的分布规律。同时开展1∶50物理模型试验,对比分析数值模拟结果与模型试验结果发现,两者基本一致,验证了开敞式宽大单泄槽溢洪道水力特性数值模拟的准确性与可行性。进而利用紊流模型计算分析了溢洪道掺气坎的优化布置方案,结果表明：1#掺气坎抬高20 cm后,坎后掺气空腔长度由11.03 m增大至19.84 m,消能率提高了6.11%;3#掺气坎沿泄槽陡坡上移15 m后,挑流水舌冲击位置上移,减轻了对挑流鼻坎段水流流态的影响。研究结果对同类工程的优化设计有一定的借鉴作用。     

柏叶口水库溢洪道底板压力分布及抗空蚀性能分析

为了防止柏叶口水库溢洪道发生空化空蚀破坏,在常压下对溢洪道的底板压力及抗空蚀特性进行了水工模型试验。试验采用整体正态水工模型,模型的比尺为50∶1。通过模型测试校核洪水和设计洪水下溢洪道泄洪时的底板流速和压力分布,并根据空化理论模型计算底板沿程的空化数分布,分析空化发生的可能性,对建筑物的抗空蚀特性进行分析。试验得到校核洪水和设计洪水情况下,泄槽最小空化数分别为0.35和0.40,其位置为反弧段起点附近。试验结果和分析表明,为了防止溢洪道发生空蚀破坏,可以通过控制溢洪道的不平整度来实现。     

基于FLUENT软件的溢洪道三维泄流数值模拟

基于Fluent软件,对某水库溢洪道进行了三维数值模拟。结果:数值模拟计算得到的泄洪时流速分布、泄流能力、沿程水面线及动水压力结果与物理模型试验结果吻合良好。说明:溢洪道三维数值模拟方法可行,可供设计参考。     

老挝南屯2电站调节坝创新型溢洪道设计

2011年洪水事件之后,有关机构对南屯河流域的水文资料进行了复核更新,修正了南屯2水电站的洪水峰值,以避免在特大洪水和极端条件下,坝体结构失稳,危及下游安全并造成损失。提出了新建一条溢洪道,且通过比选决定采用自由流溢洪道方案。简要介绍了南屯2水电站的概况及相关背景,对新建溢洪道的方案比选、设计特点和植被选择作了阐述,并明确了在溢洪道建设期间应注意的相关问题。     

玉滩水库岸边溢洪道布置设计

根据地形地质、水流流态、施工及工程投资等方面对玉滩水库溢洪道位置进行比选,在满足泄流能力前提下,确定采用驼峰堰型式的岸边溢洪道方案,并结合模型试验,论述了溢洪道的布置。     

西湖水库溢洪道改建设计方案

介绍了西湖水库概况,分析了溢洪道存在的问题,对溢洪道改建的三种方案进行了比选,并确定了最终方案,阐述了溢洪道改建过程,指出溢洪道改建将极大地提高水库泄洪标准,消除水库安全隐患,对保护下游人民生命财产安全,促进当地经济发展具有重要意义。     

异型挑流鼻坎三维设计及整体泄流模拟研究

水利工程因地形地质条件多变,其异型体常难以设计。借助Auto-Revit的BIM三维建模技术,对传统挑流鼻坎的底板设置左右高差,对底板和边墙三维联动中的偏转角θ_1、右挑高夹角θ_2、挑流鼻坎的挑角θ_3进行优化设计,通过数值模拟进行方案比选,最优挑流鼻坎用三维函数表示。对某水库溢洪道挑流鼻坎的模拟结果表明,θ_1=19.82°、θ_2=arctan(1/12)、θ_3=25°的右挑高0.5 m方案的挑流水舌可成功规避对右岸的冲刷,整体泄流模拟所得沿程水深、流速分布、动水压强等水力参数符合实际情况,并且成功预测了不良流态位置。     

基于SPH方法的阶梯式溢洪道消能特性研究

为了研究阶梯式溢洪道的消能特性,本文通过二维建模的方式,利用光滑质点水动力学方法(SPH)对31阶阶梯式溢洪道的水流进行数值模拟,将模拟值与试验值进行了对比,并针对2种台阶数目和4种单宽流量共计8种工况,对不同工况的阶梯式溢洪道沿程水深、水流流速以及消能率进行了分析。结果表明,31阶阶梯式溢洪道水流的水面深度、流速和压强模拟值与试验值吻合较好;36阶和60阶阶梯式溢洪道沿程水深和水流流速与单宽流量呈正相关趋势,随着单宽流量的增加而增大,且在水流稳定之后,水面深度和流速都会维持在某一个值附近;而阶梯式溢洪道消能率沿程逐渐增大并在最后一级台阶处达到最大值。同时,当溢洪道体型一定,消能率随着单宽流量的减小呈上升趋势,当单宽流量减小至0.1283m2/s,36阶和60阶阶梯式溢洪道的消能率分别达到了83.67%和82.86%。     

中梁一级水电站工程总体布置

根据已确定的中梁一级水电站坝址和坝型,通过对首部枢纽方案的布置,重点对左右岸分别布置泄洪建筑物的方案进行分析比选,左岸溢洪道方案较优,首部枢纽布置推荐采用左岸溢洪道方案,结合引水建筑物、厂房和开关站进行总体布置。该工程已投产发电,运行良好。     

浅谈化德县崩红水库除险加固工程方案的选择

文章对崩红水库除险加固工程溢洪道进行了方案比选,并最终对推荐方案进行设计。     

基于数值模拟的溢洪道水流沿程变化与护坡高度合理性分析

为研究溢洪道水力特性,验证工程设计方案合理性。基于SolidWorks软件建立溢洪道三维数值模型,使用Fluent软件,运用VOF方法和RNG k-ε 湍流模型闭合N-S方程,对沟水坡水库溢洪道进行数值模拟。通过数值模拟得到的溢洪道水力特性数据与物理模型试验结果进行分析对比,并进一步分析溢洪道水流沿程变化规律,研究表明数值模型的可信度较高,可采用数值仿真方法对溢洪道结构进行优化。同时发现在30 a一遇洪水工况下溢洪道混凝土护坡高度不能满足正常泄洪的问题,提出在斜坡段设置两级水垫塘、加高消力池段护坡高度和缩短尾水渠长度的优化方案;利用数值模拟,分析验证了优化方案的可行性,为工程设计优化提供依据。研究成果为同类溢洪道工程采用数值仿真模拟提供了技术支撑。     

台阶式溢洪道摩阻流速沿程变化研究

为了研究台阶式溢洪道摩阻流速沿程变化规律,将其与相对应的光滑溢洪道进行对比,引入相对摩阻流速的概念。通过对台阶高度为0.5～2.0 m、坡角为26.6°～48.0°、单宽流量为35.7～62.2 m~2/s的台阶式溢洪道模型进行试验,分析了各个模型条件下摩阻流速和相对摩阻流速与流程长度之间的关系。分析发现:台阶式溢洪道摩阻流速沿程变化情况复杂,而台阶式溢洪道相对摩阻流速与流程长度之间具有良好的线性关系,规律显著,便于分析应用,以此论证了引入台阶式溢洪道相对摩阻流速的必要性。适当提高台阶高度对消能有利,在小单宽流量和坡度较陡时,台阶式溢洪道消能效果更佳。