二道河子水库溢洪道窄缝消能工建成

窄缝消能工是国外近廿多年来开始采用的一种新型消能结构,国内近几年才开始研究,我国已兴建此种消能工的工程有东江、龙羊峡水电站及我区二道河子水库。窄缝消能工的特点是:从陡坡段开始断面宽度逐渐收缩入窄缝段,在出口处形成窄而高的矩形断面,迫使水流在挑坎上收缩,挑出后沿水平和垂直方面扩散在空中充分掺     

水垫塘的水流特征及其综合评价指标

 高坝下游挑跌水流在水垫塘内的流态是相当复杂的。定性上可看作为淹没冲击射流和淹没水跃流的混合流态。一方面射流入水后沿程不断扩散，在冲击区对水垫塘底部产生巨大的冲击压力，具有淹没冲击射流的特征；另一方面在冲击区下游，高速主流贴近床底并沿程扩散和迅速跃起，同时在主流区的顶部形成较大的表面漩滚区，流态特征类似于淹没水跃流。针对这种混合流态，提出一个综合评价水垫塘消能效率的新指标，以便为水垫塘设计提供科学依据。     

宽尾墩在福建龙湘水电站挑流消能中的作用研究

在设计与研究工作中,经常遇到具有中水头、大流量和低佛氏数等特性的工程,它们的下游消能问题难以用常规传统单一的消能工来解决,近年来通过与宽尾墩联合组成复合新型消能工来达到目的已成为一种趋势。龙湘水电站正是采用宽尾墩-挑流联合组成复合新型消能工解决下游消能问题。试验研究结果表明,宽尾墩通过收缩挑流水舌,使水流在纵向和竖向两方向扩散,增大了与空气接触面积,掺气充分(部分水分子雾化),因而提高了消能效果,减轻了水流对下游河床的冲刷。     

那新水电站溢洪道出口挑坎结构形式的试验研究

广西那新水电站河岸式溢洪道轴线与下游河道斜交、河床狭窄,增加了消能防冲设计难度.针对溢洪道出口原设计方案挑射水流较集中,部分水流落在坎后岸坡上,危害岸坡及挑坎安全的现状,经水工模型试验修改,最终提出"双向扩散斜鼻坎 内转式右边墙 挑坎段分流导向墩"的消能工结构型式,使出坎水流顺河向扩散,在空间形成近似"ш"字形水舌,强化了水流在空中消能与掺气,改善下游流态及确保岸坡安全,取得明显效果.     

底流消能雾化的计算

本文系统地研究了底流消能水流雾化的物理过程和计算方法。得到了以下三方面的成果:(1)建议了底流消能水流雾化的物理模式;(2)提出了坝面溢流自由掺气和水跃区雾源量的计算模式;(3)提出了底流消能雾化流影响范围的计算方法。     

多层多股跌扩型底流消能的数值模拟研究

基于RNG k-ε紊流模型和VOF自由表面追踪法,采用非均匀结构网格技术,建立了三维紊流数学模型,对跌扩型底流消能工进行高精度数值计算。讨论了不同泄流方案下游消力池内水力特性的变化,得出如下结论:(1)不同工况下,下游消力池内水流紊动剧烈,其临底流速较大值相对集中在消力池前段;(2)当高低坎联合泄流时,可形成多层多股射流,流速梯度改变差异较大,各股主流掺混合并速度更快;(3)就消能率而言,高低坎联合泄流紊动能消逝比单独泄流更迅速,消能效果明显。     

射流出口末端折流板压力特性试验研究

高坝工程坝身孔口射流多呈横向扩散下泄,但狭窄河谷中的高坝工程因泄流宽度不足而受到限制。在坝身孔口出流末端设置横向收缩折流板,可获得竖向及纵向扩散良好的窄长水舌流态,从而充分利用河道纵向空间泄洪消能。但折流板两侧因射流冲击而压力剧增,这对折流板的结构设计不利。通过模型试验的方法,对收缩射流折流板不同体型参数(收缩比β、相对收缩段长度δ以及出口倾角γ)和深孔进口水头变化对其所受冲击压力的影响进行了研究。结果表明:射流冲击使得折流板上所受压力剧增,且压力最大值出现在始折点(突扩侧墙与折流板相接处,即折流板的始端)上,折流板面上无负压出现;折流板最大冲击压力随收缩比的增大而减小,随相对收缩段长度的增加而减小,随出口倾角的增大而增大,随深孔进口的水头增加而增大。     

挑坎掺气在岔河水库溢洪道中的应用研究

对于中、高水头泄水建筑物,空化水流易诱发结构空蚀破坏。基于岔河水库溢洪道原设计体型,通过模型试验,研究在泄槽抛物线段上、下游侧增设不同体型掺气坎对空化水流的影响。成果表明:挑坎布置于下游侧,散水现象明显,随流量增大,下游泄槽流态恶化。挑坎布置于上游侧(挑角5°、坎高Δ=0.40 m),未掺气时,坎后射流空腔内充满回水,呈负压状态;下游泄槽空穴数上升,水流流态较为平顺;坎高增加,空穴数反而减小;强迫掺气条件下,坎后能够形成稳定的射流空腔,随挑坎高度增加,空穴数变化并不明显,泄槽水流流态反而更趋紊乱。     

掺气槽上射流挟气量的数学模型

本文分析了掺气槽空腔区射流底缘气水界面上空气掺入水体过程的作用因素及受力情况，认为掺气是由于气水界面紊动涡体的脉动作用造成自由表面局部凹曲率超过临界值而发生的；建立了临界掺气流速和射流挟气量的理论表达式，它反映了影响射流掺气特性的各种因素及其相互关系，提出的射流挟气量公式得到部分原模型资料的验证，研究表明，射流挟气量受多种因素的影响，其中来流的紊动是影响掺气的重要因素，研究初步揭示出模型和原型通气     

高坝深孔收缩式挑坎射流扩散及冲刷特性的试验研究

高坝深孔泄洪,流速大能量集中,对常用的鼻坎挑流消能来说,如何促使射流充分扩散、分散,减轻河床局部冲刷是个很重要的问题.过去的研究多集中在横向扩散和对冲扩散方面.50年代末余常昭曾用人工扩散、分散水流的方法对冲刷的影响问题进行过研究,得到了很好的成果.葡萄牙在1954年建成的Cabril拱坝泄洪洞出口采用边墙收缩成窄缝的挑坎,这是采用促使射流成纵向扩散的开端.然后西班牙等国相继也在一些工程的泻槽溢洪道上采用了这种窄缝式挑坎.1975年林秉南将这种消能措施介绍到国     

掺气分流墩设施水力特性的试验研究

掺气分流墩设施是设在陡坡急流中的大型分流墩。该分流墩将贴壁急流转变成为充分扩散、四面临空、剧烈紊动、充分掺气的水流。水舌在空中碰撞、混掺、碎烈、水滴化,大大增加了水流与空气的接触面。水流进入消力池时,入池单宽流量减小;消力池水流流态受下游水深控制,可以分为四种流态。该设施的最优收缩比范围为0.5~0.7。墩头脉动壁压满足重力相似,优势频率不满足重力相似且fr =1 ,墩头脉动壁压优势频率在 0.1~0.388Hz之间,远小于墩头自振频率。掺气分流墩属超空化体型,不会发生空蚀破坏。掺气分流墩设施的水舌掺气核心区长度仅为普通二元水舌核心区长度的 1/5~1/2,最小平均含水率仅为普通二元水舌的 14%,当S/h >20时,βsm 逐渐趋于0.1,已为水滴化状态。消力池掺气充分。当λ=0.5 时,消力池底板压强系数减少了约30%。与普通二元水舌消力池比较,水跃长度可缩短1/3,跃后水深可降低1/5,消能率提高了(6~16)%。     

池式窄缝戽流消能计算方法研究

本文提出一种新型的综合性消能工，为池式掺气窄缝墩戽流消能，与常规的戽式消力池进行了比较。试验表明：池式掺气窄缝墩戽流消能极明显地提高了消能效果，文中给了出了戽内断面水深ｈ１，窄缝墩绕流阻力系数Ｃｄ以及下游界限水深ｈ１的计算公式，同时对下游河床的冲刷进行了分析，给出了冲坑长、冲坑深的经验公式。     

侧缩结构对阶梯泄水道水力特性的影响研究

为进一步提高阶梯消能工消能效果、掺气效果,以及减少空化空蚀发生的风险,在阶梯泄水道的基础上,增设侧缩结构(突缩结构和渐缩结构),利用物理模型试验的方法,研究了此阶梯泄水道的水力特性.结果表明,在设置突缩结构的阶梯面上可形成跌落水流和水跃的组合流态,在设置渐缩结构的阶梯面上可形成扩散型流态,有效提高了阶梯泄水道的掺气效果...     

基于AHP-模糊综合评价法的底流消能效果再评价

目前的底流消能效果基本上都是采用基于工程安全的单一指标(消能率)进行评价。为了更好地适应生态水利建设需要，综合分析底流消能各相关因素，应用层次分析法和模糊综合评价，进行多指标定性定量分析。通过设置主要特征指标(能量损耗以及消能后的水体掺气浓度、脉动压强、尾水水流流态)和次要特征指标(下游抗冲流速、跃前断面弗汝德数、淹没度)2个准则层，分别计算相应的权重和隶属度，得出某格栅式底流消能工的消能效果再评价结果为83.3分(B级)。表明基于多因素的综合评价能够在满足工程安全的基础上，更好地兼顾下游河道生态要求等影响因素。     

某溢洪道掺气方案优化研究

高水头、大流量的泄水建筑物中易发生空蚀破坏,结合西北某水电站溢洪道工程实例,通过单体水工模型试验,开展溢洪道掺气减蚀研究。试验结果表明:各洪水频率条件的溢洪道泄槽流速较大,水流空化数小于0.3,需要设置掺气减蚀设施。通过分析3种不同掺气设施的减蚀效果可知,挑坎式掺气能缓解空蚀,但下游伴有不同程度的溅水;凸型坎掺气能形成稳定的空腔,且下游无溅水发生;坎槽式可使泄槽内形成稳定的空腔和流态,且易施工,为最优掺气设施。在最优掺气设施中,掺气坎至鼻坎前端掺气浓度较高(0.9%～63.1%),掺气效果良好,达到了掺气减蚀目的。研究结果可为该工程后续消能防冲研究及类似工程的掺气减蚀研究提供理论指导与技术支撑。     

低水头、大单宽流量泄洪消能方式研究

对于具有低水头、大单宽流量、低佛氏数、深尾水以及下游水位落差变幅大等特点的泄洪消能问题,其过流特点是:由于闸下跃前水流的佛汝德数较低,消力池内水垫较深,水流下泄后下游水位对闸室水流和消力池内水流流态影响较大。通过水工模型试验研究,提出了采用淹没式宽尾墩消力池联合消能方式。在闸室末端采用宽尾墩后,水舌沿纵向拉伸扩散,消除和抵消了常规的等宽闸墩情况下出现水跃的来回震荡现象,水流经宽尾墩收缩后,以淹没射流形式进入消力池,池内水流具有三维射流特性,消力池内产生横、纵向扩散和剪切、掺混,加强了消能效果,达到了稳定水跃、分散水流、加强紊动剪切和掺混的目的,较好地解决了下游河床的消能防冲问题。     

关于挑流扩散消能机理的探讨

本文结合实验结果,应用紊流理论对挑流扩散消能机理进行了讨论。认为扩散消能的本质,是由紊动粘性耗散,以及掺气气泡滞后所引起的附加能耗所构成。此外,文中还指出了增强扩散消能效果的途径。     

挑射水股空中掺气扩散特性的初步研究

高坝挑流是一种经济有效的过流和消能措施,广泛地为工程实践所采用。水射流在空中的掺气扩散特性与消能防冲密切相关,掺气扩散愈充分,消能效果愈好,冲刷愈轻。对坝面挑射水股的空中扩散掺气,前人曾作过一些研究,得到水平鼻坎二元水射流上下两边界的空中扩散率各为1/40,不掺气核心区的长度约为坎口水深的10～20倍;断面平均含气浓度是坎口弗氏数和该断面到坎口距离的函数。张文周曾用小球流速仪量测了挑射水股空中断面流速分布,认为存在自模性,且符合高斯分布。在挑射水股的空中掺气特性方面尚有大量课题值得研究。本文试验研究的目的是探索挑角大于零度时,二元坝面挑射水股的空中掺气与扩散特性。     

巴拉水电站溢洪洞掺气坎体型优化试验研究

针对巴拉水电站溢洪洞陡坡段掺气状况不佳的情况,本文主要对前两级掺气坎体型进行优化调整,通过在常规掺气坎下游增设局部陡坡,将绝大部分回水控制在局部陡坡下游侧,从而保证掺气坎后空腔的稳定通气和陡坡段的掺气需求,为工程的安全运行提供了保障.     

掺气坎射流出射角的修正方法

掺气坎后射流出射角受到来流水深和射流紊动扩散的影响,不等于挑坎的挑角,计算掺气空腔长度时,应该对出射角进行修正。而目前采用的考虑紊动扩散对出射角影响的修正方法存在不合理的假设。考虑到坎末水流流态为充分发展的紊流,射流边缘处于紊动能耗散区,提出了一种紊动扩散对出射角影响的修正方法。采用该方法计算的射流紊动扩散角与试验结果更吻合。对出射角修正后,结合简单的抛射体公式,就能较精确地估算掺气空腔长度。