丹江口工程下游岩性与冲坑变化的探讨

通过丹江口枢纽泄洪深孔下游基岩多年冲刷坑实例 ,以及大量的原型观测 ,收集了冲刷的形成、发展等有关资料 ,与水工模型冲刷试验成果得到相互验证。同时结合河床地质条件、基岩节理块形状、岩石的性质、断层的破碎带、裂隙发育、缓倾角等因素与冲刷坑形成过程进行综合分析 ,对挑流下游基岩冲刷模拟方法进行了讨论 ,为今后挑流下游基岩冲刷预报提供了参考。     

旬阳钟家坪水电站溢流坝的面流消能设计与试验

研究了旬阳钟家坪水电站溢流坝的面流消能问题，通过分析确定了合理的溢流坝跌坎高度、鼻坎挑角和反孤半径等参数，并对下游水面线、水面波动和流速分布等情况进行了试验研究，为面流消能设计提供了依据，保证了设计的可靠性。     

挑流冲坑三维紊流场的数值模拟

本文利用ｋ－ε紊流模型对挑流冲坑紊流流场进行了三维数值模拟研究，计算中考虑了冲坑底部复杂的边界条件和自由水面条件对水流结构的影响，结果分析表明，采用的数值方法可行，计算结果合理，在此基础上，可进一步研究冲坑的消能机理和冲坑的动态发展过程。     

竖井进流水平旋转内消能泄水道的壁面压力分布规律

本文从竖井进流水平旋转内消能泄水道的基本流态出发，对该种泄水道中的轴向及环向空腔水流的流速分布提出假定，并利用边界条件确定其形式。根据旋转水流r方向的基本微分方程和自由涡流的假设建立了这种泄水道环向空腔水流的压力积分方程表达式，并据此定义了这种流动的壁面压力系数。依据试验测资料对这种流动的壁面压力系数及其影响因素的变化规律进行了分析，并给出相应的经验公式，从而较圆满地解决这种流动壁面压力等水力参数的计算，为进一步的理论分析与设计提供了依据与参考。     

溢洪道弯道前陡槽内水流的消能研究

陡坡接缓坡转弯段再束窄变陡坡的溢洪道布置在国内外很少见，由此提出了弯前陡坡段的消能问题。本文通过反复的水工模型试验研究，提出了多级消力池的消能建筑物型式。     

沙湾电站坝下消能防冲试验研究

通过水工模型试验，论证方案的可行性，对闸下水流流态、流速分布、坝下消能进行了系统研究。并对枢纽布置及结构尺寸进行优化。     

跌扩型底流消能工消能的试验研究

采用水力学试验方法,对跌扩型底流消能工的消能及其机理进行了初步分析和试验研究,详细分析了跌扩型底流消能工消力池内水流流态与水流结构,由此论述了该消能工的消能机理,又在试验成果的基础上从消减临底和临墙流速方面分析了跌扩型底流消能工的消能作用。研究成果表明,跌扩型底流消能工,由于跌坎和突扩的存在,大大减小了临底和临墙流速,提高了消能效果。     

数值模拟对比研究微挑消力池水力特性

为研究＂微挑消力池＂水力特性,本文采用三维RNG k-ε紊流模型对其及反弧消力池、跌坎消力池、陡坡消力池进行了数值模拟,对比分析了微挑消力池的水面线、流场结构、临底流速、出池流速及时均压力、动水压力分布等的特点;研究结果表明,微挑消力池入池段＂微挑＂的体型特征,使有限的结构空间得到较充分的水体紊动,底流入池方向有利,临底流速衰减较快。     

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。     

窄缝式消能工在多洞联合泄洪中的应用研究

长河坝水电站为典型的高水头、大泄量的电站,多洞联合泄流,采用挑流消能方式,此类工程对下游河道的消能防冲具有很高的要求。为解决初始阶段水工模型试验挑流消能不充分、水舌空间流态较差的现象,结合工程实际和以往经验,以大比尺水工模型试验为手段,比较了2#泄洪洞在等宽和窄缝挑坎两种形式下单独泄洪和联合泄洪的消能防冲效果,进一步验证了窄缝挑坎和扩散挑坎的有机结合在多洞联合泄洪过程中所体现的优越之处。本文的研究成果对同类型的消能防冲设计有一定的借鉴意义。     

溪洛渡坝区岩石河床冲刷过程数值模拟

高坝下游岩石河床受高速水流冲击作用,天然裂隙不断扩展和交互并形成充分发展的裂隙网络。基于裂隙中水流脉动压力传播机理以及孤立块体的稳定特性,本文提出了高坝下游岩石河床逐层冲刷破坏的物理概念模型。并针对溪洛渡水电站坝区岩石河床的冲刷机理和过程展开数值模拟研究,得出基岩在各个冲刷阶段的冲坑几何特性以及平衡冲坑深度,模拟结果与前人经验结果吻合较好。在高坝下游冲刷过程中引入基岩裂隙网络,能够真实的反映冲坑的发展过程,是水利研究方法的突破,其结果是可信的。     

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。     

“M”形台阶溢洪道的消能特性

随着单宽流量的增大,台阶式溢洪道的消能率逐渐降低,在大单宽流量下工程运行存在诸多问题。前人对台阶式溢洪道的研究重点多集中在台阶的尺寸、布置形式、流态等问题上,很少研究台阶本身的形式。为解决大单宽流量下台阶溢洪道的运行难题,提出了台阶形状在平面上呈"M"形的台阶溢洪道,并采用模型试验和三维紊流数值模拟的方法对比研究了"M"形台阶溢洪道和传统矩形台阶溢洪道的消能特性。研究结果表明:在较大单宽流量下,"M"形台阶溢洪道较传统的矩形台阶溢洪道掺气更充分,台阶面上负压区很小,台阶面上形成多种尺度的漩涡,水流为三元流态,消能率更高。研究成果可供工程设计和运行参考。     

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。     

阳江抽水蓄能电站下库溢洪道消能研究

阳江抽水蓄能电站下库溢洪道具有泄流落差和单宽流量较大、陡槽段平面转弯等特点,溢洪道的急流冲击波和消能问题较突出。通过水力学模型试验研究,在弯曲陡槽段进口上游设置"底流消力池 T型消力墩"的一级消力池、弯曲陡槽段内设置斜向高低坎和陡槽段内设置外凸式阶梯跌坎等辅助工程设施,改善了溢洪道泄流流态,妥善解决了溢洪道消能问题。     

阶梯消能技术在广东省水利工程中的研究与应用

泄水建筑物陡坡段的阶梯消能工包括连续式的内凹型阶梯和不连续式的外凸型阶梯两种形式,其作用是增大陡坡段泄流的跌流和摩阻、增加泄流的消能率、简化下游消能设施、节省工程投资。本文介绍了阶梯消能技术在广东省水利工程泄水建筑物中的研究和应用情况,并对连续式的内凹型阶梯和不连续式的外凸型阶梯两种形式阶梯消能工的应用条件进行了初步分析和探讨,供类似的工程设计和建设参考。     

多层多股水平淹没射流的消能研究

采用三维数值模拟,研究了多股多层水平淹没射流的流动特性、漩涡结构和消能机理。利用水工模型试验,研究了影响其水力特性的主要因素。研究结果表明:多股多层淹没射流利用在射流轴线周围所形成的强剪切、三维立体漩滚的剧烈混掺来实现消能,消能率较高,且在平面上没有形成明显的、贯穿的立轴漩涡。结合模型实验,提出中孔泄槽以等宽或微收缩为宜、表中孔最优坎高差应大于中孔水流的主流水深等建议。     

新型管桩潜坝的局部冲刷研究

对丁坝局部冲刷问题研究现状进行了讨论,在此基础上,选择黄河上九堡弯段为典型河段,建立了动床变态概化河工模型,进行了新型管桩潜坝导流作用与局部冲刷的研究。本文对管桩潜坝的局部冲刷机理进行了分析,讨论了管桩潜坝在不同流量时的导流效果,以及坝头局部冲刷坑形成的初始、发展、稳定三个阶段;分析了来流流速、单宽流量、床沙组成、管桩疏密度、迎流角度等因素对管桩潜坝局部冲刷的影响。通过量纲分析,构建了包括局部冲刷主要影响因素的无量纲综合因子;根据模型试验与原型观测资料,通过拟合分析,建立了可供实际工程设计使用的新型管桩潜坝局部冲刷计算方法。