跌坎深度对扩散式泄槽底流消能水力特性影响试验研究

对于高水头泄水建筑物而言,为了降低出口单宽流量,减轻下游消能压力,通常在出口设置扩散式泄槽。突扩式底流消力池增设跌坎,可避免水流直接冲击消力池底板,降低底板力学指标。通过水工模型试验,基于一定的边墙突扩宽度,研究突扩式消力池在不同跌坎深度下底板临底流速、时均压强、脉动压强的变化。成果表明:跌坎深度为5 cm时,消力池内水流流态介于临界水跃向远驱式水跃过渡区间,临底流速最大,时均压强最小;跌坎深度增加至10 cm时,消力池能够形成稳定的淹没水跃,临底流速明显减小,时均压强明显升高;跌坎深度进一步增加至15 cm时,消力池内淹没程度继续增加,临底流速继续减小,时均压强继续增加,但变幅均不大。     

阿尔塔什水利枢纽工程底流消力池临底流速及体型优化试验研究

通过阿尔塔什工程1#深孔的单体水工模型试验,研究了消力梁、消力墩、尾坎底高程、尾坎位置、消力池底板高程、跌坎等对消力池中线临底流速沿程分布及最大临底流速的影响。结果表明:消力梁和消力墩均能降低消力池最大临底流速,消力墩对临底流速的影响大于消力梁;降低尾坎高程或尾坎前移都会导致消力池最大临底流速增大;加设跌坎或降低底板高程均能减小消力池最大临底流速,降底底板高程、加设跌坎的消力池体型的最大临底流速相比于原设计体型降幅相当。综合考虑消力池临底流速及其他指标,在原来设计体型的基础上,消力池底板高程降2 m方案合理。     

突扩边墙对扩散式泄槽底流消能水力特性影响研究

为了降低出口单宽流量,减轻下游消能压力,高水头泄水建筑物常在出口段设置扩散式泄槽。文章通过水工模型试验,研究在消力池一定跌坎深度、边墙不同突扩宽度下,扩散式泄槽跌扩型底流消能底板临底流速、时均动水压强以及动水压强峰峰值的变化规律。研究结果表明:消力池宽度从20cm(扩散式泄槽末端宽度)突扩至30cm时,底板临底流速、冲击区附近底板动水压强峰峰值最大,时均动水压强最低;消力池宽度突扩至35cm时,底板临底流速、冲击区附近底板动水压强峰峰值均明显降低,但底板时均动水压强有所增加;消力池宽度继续增大至40cm时,底板临底流速、动水压强等水力特性变化已不明显。     

跌坎消力池水力特性试验研究

为研究跌坎消力池水力特性,基于某工程1:50水力学模型试验,对跌坎与非跌坎消力池临底流速、时均压强、脉动压强与空间积分尺度进行了对比分析.结果表明,在试验范围内,跌坎消力池底板最大临底流速降低了38.5％;最大时均压强降低了 30％;最大脉动压强均方根降低了50％;最小空间积分尺度增大了75％.随着入池水流流量的增大,上述水力学指标变化的幅度呈增大的趋势.从底板安全的角度,跌坎消力池比非跌坎消力池显现出了更为优良的特性.     

阿尔塔什水利枢纽工程底流消力池水力特性试验研究

为深入研究消力池内水力特性的分布规律,以新疆阿尔塔什水利枢纽1#深孔放空排沙洞为研究对象,通过1∶37.89水工模型对工程原设计方案以及体型优化方案中消力池内水流流态、临底流速以及脉动压强进行了试验对比分析。结果表明,随着入池水流流量的增大,临底流速及脉动压强均有增大的趋势;设置跌坎后临底流速减小,但是底板脉动压强有所增大;降低消力池底板高程可以改善水力特性。最后,试验对工程最终所选的消力池体型提出了建议。     

跌坎对消力池水力特性影响的试验研究

为研究跌坎在底流消能中的作用,依托某工程水力学模型,研究了跌坎对消力池内水流流态、临底流速及脉动压强的影响。结果表明:在来流量一定的情况下,随着跌坎高度的增加,消力池内流态会由底流依次演变为淹没混合流及淹没面流流态。加设跌坎可显著降低消力池前半段的临底流速,且跌坎越高,最大临底流速降幅越大,跌坎对消力池后半段的临底流速基本无影响;跌坎对脉动压强影响较大,随跌坎高度的增加,最大脉动压强先增大后减小;加设跌坎后,脉动压强和临底流速沿程先增大后减小,且脉动压力和临底流速的最大值位置基本在同一区域。     

不同跌扩组合对扩散式泄槽底流消能水力特性影响研究

通过水工模型试验,研究跌扩型底流消能工进口接扩散角为3°的扩散式泄槽,在不同跌坎深度、不同边墙突扩宽度的组合下,其消能工内临底流速、时均压强、脉动压强方差值以及尾水渠水流流态的变化情况。结果表明:当跌坎深度由0.05 m增加到0.10 m,边墙突扩宽度由0.30 m增加到0.35 m时,消力池内临底流速降低、时均压强逐渐回升,尾水渠水流较为平顺。进一步增大跌坎深度和边墙突扩宽度,消力池内水力特性和出口水流流态虽继续改善,但效果已不明显。     

高重力坝防冲建筑物体型参数对水力特性的影响

高重力坝防冲建筑物体型参数的选取决定了泄洪消能水流的水力特性,从而影响水电站的安全运行。采用水工模型试验的方法,研究了防冲建筑物体型参数对水流的水力特性影响规律。研究结果表明：水垫塘长度的减小,使塘内淹没冲击射流的扩散空间减小、冲击区的紊动增强,导致塘内底板时均压强谷值减小、脉动压强均方根峰值增大、底板安全风险增大;二级消力池池长的减小,使出池临底流速增大、下游冲刷风险增大;二道坝高度的降低,导致水垫塘底板沿程时均压强减小、脉动压力均方根峰值增大、底板安全风险增大,同时导致二级消力池内水跃收缩断面水深增加、跃首区临底流速降低、紊动强度降低、脉动压力均方根峰值减小,但出池临底流速增大。     

跌坎型底流消能试验研究

为了减小高坝泄洪雾化的影响,对比传统底流消能工,进行了水工模型试验。通过试验,对跌坎型底流消能工的水流流态、临底流速以及脉动压力分布进行了研究分析,结果表明：跌坎型底流消能工可大大降低临底流速,减小消力池底板上的脉动压强,消能效果较好;同时还可抬高消力池底板高程,缩短消力池长度,节省较多的工程量,经济效益明显。     

跌坎型底流消力池水力特性数值模拟研究

采用数值模拟方法,以某实际工程为例,对跌坎型底流消力池水力特性进行了分析研究。研究结果表明,跌坎型消力池内水面平稳,波动较小;下泄主流入池后迅速下潜,坎下形成稳定横轴旋涡,上方形成巨大旋滚;跌坎型消力池底板临底流速分布均匀,变化梯度较小;除跌坎附近外,消力池底板时均压强分布均匀,压强梯度较小。     

突扩式跌坎消力池掺气特性试验

采用模型试验对突扩式跌坎消力池内水流的掺气浓度进行了量测,研究了来流条件、突扩比、水流流态对掺气特性的影响。结果表明：突扩式跌坎消力池掺气水流典型流态为水跃流叠加在射流之上,跃首被射流分裂成两部分,气泡跃移区在泄槽延长线范围内,长度较无突扩跌坎消力池有所减小,气泡悬移区长度有所增加,临底长度有所减小,突扩处为清水回流区,携带部分气泡;无突扩跌坎消力池底板掺气浓度呈降峰形曲线分布,各纵向断面沿程掺气浓度分布均匀;突扩式跌坎消力池底板掺气浓度呈升峰形曲线分布,掺气浓度在消力池底板1/4中线处最大,1/2中线处次之,靠近边墙处最小;在同一水力条件下,突扩式跌坎消力池底板掺气浓度较无突扩跌坎消力池有显著降低,且消力池底板掺气浓度不随突扩比的增大而减小。     

低水头拦河闸重建工程消能工优化布置试验研究

共青河拦河闸坝工程是典型的低水头枢纽工程,近年来随着下游河床下切等原因,拦河闸坝多次出现险情,个别部位残损严重,影响工程的安全运行。为研究研究拦河闸坝及其消能工运行的水力特性,妥善解决拦河闸坝下游消能防冲的问题,基于工青河拦河闸工程设计资料,建立了水工模型试验。试验表明通过增加一级消力池末端左、右两侧尾坎顶高程和在一级消力池尾坎下游两侧斜坡段上设置外凸型阶梯,有效降低了消力池出流斜向流速,减轻该斜向流撞击左、右两侧斜坡段内坡的现象,且外凸型阶梯削减了斜坡段的流速,减轻了下游海漫段和防冲槽的消能压力,较好地解决了下游河床的消能防冲问题。     

池末尾坎自由出流的消力池布置研究

池末尾坎自由出流的拦河闸下游消力池流态较复杂,其水力特性和体型布置是工程设计和运行关心的问题。通过水力模型试验研究,对尾坎自由出流的消力池池长和消力池末端尾坎高度的关系进行分析,提出消力池体型布置方法:首先在消力池水平段池底高程选定的基础上,根据消力池进口断面弗劳德数,初选池末尾坎高度;其次通过调整尾坎高度和计算尾坎顶水深,使两者之和与跃后水深的比值在1.15~1.2之间,则消力池水平段池长与跃长的比值可减小至0.8~0.85。该方法可较合理地确定尾坎自由出流的消力池水力和体型参数。     

顶山隧洞进出口水工模型试验研究

通过对顶山隧洞进出口水工模型试验研究,验证隧洞进出口各种工况下的水流流态和消力池的消能效果及水流对下游渠道可能产生的冲刷影响;试验测得隧洞进出口水流流态基本平稳,隧洞出口的消力池末端流速不大,不会对下游渠道产生大的冲刷破坏。     

跌坎型底流消能工跌坎深度在工程优化设计中的应用

以某工程导流泄洪隧洞底流消能工为试验研究对象,原方案试验中,在闸门半开工况下,下泄水流出现脱离泄槽底板现象,不利于下泄水流的消能,经研究,改变压坡段底板坡度,同时将泄槽的两个坡段改成一个坡段;原方案底流消能工消力池内均发生远驱式水跃,消能效果差,通过研究采用以最大临底流速为控制目标的最小跌坎深度计算公式,确定消力池底板高程。经两次优化试验后,消除了闸后水流脱离泄槽底板的现象,下泄水流流态稳定,消力池内形成稳定的淹没水跃消能,出池水流与下游水流衔接较好,消力池内临底流速和时均动水压强均明显降低,消能效果好。     

泄水陡坡后消力池的水跃特性数值模拟

水跃消能是水利工程中经常采用的消能形式,国内外许多学者对水跃进行了大量的研究。在工程实践中发现,泄水陡坡后消力池内水跃的水力特征值与规范方法计算得到的值有较大差异。通过对不同坡度的陡坡后消力池内水跃特性进行数值模拟,结合室内模型试验,分析了陡坡消力池内陡坡坡度与水跃长度的关系,并对比了数值模拟所得的水跃长度值与经验公式及模型试验结果。研究结果表明,数值模拟结果与实测值相对误差较小,经验公式的计算结果误差较大。因此,在今后实际工程设计中,可通过数值模拟的方法对陡坡后消力池长度进行初设。     

明渠梯形断面消力池池深和尾坎高度的计算方法

为研究明渠梯形断面消力池池深和尾坎高度的计算方法,依据前人对梯形断面消力池水跃共轭水深、梯形断面量水堰(槛)的研究成果,采用能量方程研究梯形断面挖深式消力池、消力坎式消力池和综合式消力池深度和坎高的计算方法。给出了梯形断面消力池池深、尾坎高度的计算公式,通过算例说明了计算过程。提出的消力池深度、坎高的计算公式可以作为梯形断面消力池设计的参考。     

连续跌坎型底流消能工水力特性的影响因素研究

通过大量的试验,测量了消力池底板压强分布规律、池内流态和流速分布,着重分析了入池水流单位重量水体能量、入池角度和跌坎高度的变化对消力池底板冲击压力、临底流速、池内流态及消能率的影响。研究表明,连续跌坎型底流消能工的跌坎高度与入池角度之间存在一种最优组合,可既保证消力池中消能率高,又能满足临底流速和底板动水冲击压力小的要求。该研究成果可为工程设计提供一定的科学依据。     

Laboratory Investigation of Stilling Basin Slope Effect on Bed Scour at Downstream of Stepped Spillway: Physical Modeling of Javeh RCC Dam

Stepped spillway and stilling basin are one of the most important energy dissipation structures. Eventhough, most of energy dissipated by these structures, but in skimming flow, the upstream flow motion is nonaerated and the residual energy capable to destroyed structures during floods. In this study, effect of stilling basin slope on bed scour, downstream of Javeh dam was investigating. Experiments performed in hydraulic structures laboratory of the University of Kerman with six different discharges (5, 7, 13, 17, 25 and 30 l/s.m) and five various stilling basin slope (0.02, 0.01, 0, ?0.01 and???0.02). The parameters such as maximum scour depth (d_s), flow velocity (in three point), water depth on upstream and downstream of stepped spillway and stilling basin, the distance of the maximum scour depth to sill (L_s) and the gheometery of scour hole measured. Result shown that when stilling basin slopes was 0.02, the average of maximum relative scour depth, 47% Increased and in ?0.02, 52.2% Decreased. In addition, the distance of maximum scour depth until stilling basin increased by increasing and decreased by decreasing the stilling basin slope.