新型旋流环形堰竖井泄洪洞数值模拟和特性分析

生态环境友好型的洞内旋流消能工是当前泄洪消能领域一个重要的研究热点和方向。为克服以螺旋型经典涡室或传统喇叭形堰构成的旋流竖井泄洪洞易出现的漩涡、气爆、振动、防空蚀设施复杂等难题,改变一般的防漩、消涡观念,提出一种新的由自调流潜水起旋墩为核心构成的旋流环形堰竖井泄洪洞,虽脱胎于常规喇叭形竖井泄洪洞,但在泄洪流态和消能防蚀方面又另辟蹊径。作为一种新型的旋流布置体型,已有研究缺乏系统性,其复杂的水流特性并不是十分明了。依托广东清远抽水蓄能电站泄洪洞工程,对新型环形堰竖井泄洪洞进水口、旋流泄洪洞、出口的复杂水流运动进行了三维数值模拟,并对部分水力参数的特性进行了解析计算,获得了该新体型旋流空腔流态、自由水面、合成流速、压力等水力要素的分布规律。结果显示:计算得到的上述水力学要素分布规律与模型测量值吻合较好,模拟值与初步建立的新体型水力特性理论解析值较为接近,表明解析计算方法具有一定的实用价值。模拟计算结果为进一步明晰新型环形堰竖井泄洪洞各部分水流特性和揭示自调节潜水起旋墩的旋流运动机理提供依据。     

旋流喇叭形竖井泄洪洞水力学机理及应用

改变传统的防漩消涡观念,研究出一种带有潜水起旋墩的新型喇叭形竖井泄洪洞,在各种水头下均能产生稳定的空腔旋转流运动,用以消除溢流堰和竖井的负压,避免发生空蚀,同时提高泄洪洞的消能率。潜水起旋墩同喇叭形堰外缘的切线成小角度连接,其旋流运动机理是,当水流漫溢堰顶时,开始产生旋转流,而当水深超过起旋墩顶时自动扩大入流角度和加大泄量,在底层旋流的拖曳下作同步强力旋转流运动。所提出的设计理论和试验研究成果已应用到广东清远抽水蓄能电站的竖井泄洪洞设计中。     

旋流喇叭形竖井泄洪洞水力学机理及应用

改变传统的防漩消涡观念,研究出一种带有潜水起旋墩的新型喇叭形竖井泄洪洞,在各种水头下均能产生稳定的空腔旋转流运动,用以消除溢流堰和竖井的负压,避免发生空蚀,同时提高泄洪洞的消能率.潜水起旋墩同喇叭形堰外缘的切线成小角度连接,其旋流运动机理是,当水流漫溢堰顶时,开始产生旋转流,而当水深超过起旋墩顶时自动扩大人流角度和加大...     

竖井旋流式泄洪洞数值模拟

本文采用k-ε双方程紊流模型及基于水气两相流的VOF方法，数值模拟竖井旋流泄洪洞复杂的水流运动，得到自由水面，流速及压力等水力要素的分布规律。数值模拟结果与已有模型试验数据的对比分析表明，采用的数值方法能够较好地模拟竖井旋流泄洪洞泄流过程。此外，利用数值模拟的结果对竖井的泄流能力和消能率进行了验证。     

查日扣水电站竖井旋流泄洪洞水力学数值模拟研究

水力学数值模拟计算具有成本低、效率高、计算精度高的优点,是水力学研究的新手段。为研究其在竖井旋流泄洪洞复杂水流特性的适应性,用k-ε紊流模型以及VOF方法,对查日扣水电站旋流泄洪洞进行了水力学数值模拟研究。研究结果表明:水力学数值计算在流量、流速、压强等方面与水工模型试验误差较小,计算精度比较高;在计算水流掺气量、通风流速、水流流线等方面,数值计算更有优势,能简单直观的给出结果;在计算水流脉动压力、河道的冲淤变形等方面还有一定的不足,要参考模型试验成果。更多还原     

竖井旋流泄洪洞消力井深度对竖井消能率影响的数值模拟研究

在竖井旋流泄洪洞中,下挖消力井深度对竖井消能率有较大影响,但在工程中关于消力井合理设计深度的参考资料比较少。运用数值模拟方法,对竖井旋流泄洪洞不同竖井高度和消力井深度竖井消能率进行研究,可为消力井的合理应用提供依据。研究结果表明:应用消力井会使竖井的消能率增加,当竖井高度为50 m~110 m时,随消力井深度增大,竖井消能率变化趋势为先增大后减小;当竖井高度大于120 m时,消力井对竖井消能率影响较小,竖井消能率只有较小增加。更多还原     

新型竖井泄洪洞自调流机理和特性研究

该文提出一种新的由自调流潜水起旋墩为核心构成的旋流环形堰竖井泄洪洞,在泄洪流态和消能防蚀方面与常规喇叭形竖井泄洪洞有较大不同。为明晰该新体型的调流机理和系统水力特性,对新型环形堰竖井泄洪洞进水口、旋流泄洪洞、出口的复杂水流运动进行了数值模拟研究,获得了该新体型进水口流态、旋流空腔发展过程、竖井内部流态、平洞自由水面、压力等主要水力要素的分布规律。结果表明:计算得到的上述水力学要素分布规律与模型测量趋势上一致,量值上吻合较好。模拟结果也较好揭示了自调节潜水起旋墩的旋流、自调流机理以及泄洪洞的消能原理。     

兼有深水孔的旋流喇叭形竖井泄洪洞设计原理

基于旋流防蚀、消能、避免产生雾化和保护生态环境的理念,研究一种在高水头旋流喇叭形竖井下设置深水孔的新型泄水结构物,其特点是泄洪和放空水库(或排沙和引水)共用同一个竖井和导流洞,结构简洁、运行安全和经济。文中系统地介绍了旋流喇叭形竖井及深孔引水道同涡井连接结构的设计原理,并给出深孔不参与和参与泄洪时的工程案例设计。本文通过以往的研究成果优化组合,创造出带有双层进水口的一条泄洪洞,用以取代传统的两条泄洪洞,故可以节省大量工程投资。由于喇叭形进水口及深层引水道都有起旋设施,使竖井产生空腔通气的旋转流运动,可以消减井、洞内的负压,防止结构物空蚀和提高消能率,因此,出口流速低,可以避免发生雾化现象。故本研究成果具有学术价值和广泛的应用前景。     

吉音水利枢纽竖井旋流泄洪洞水力特性试验研究

通过1∶30的水工模型对吉音水利枢纽竖井旋流泄洪洞的水流流态、压力分布、流量系数等水力特性进行了研究,分析了在进水口溢流堰末端增设掺气坎对进水口及竖井内流态及通气孔风速的影响。研究结果表明:在溢流堰末端增设掺气跌坎有利于减小溢流堰面的负压、防止空蚀破坏、简化进口体型设计,且有利于泄洪洞的安全运行。     

导流泄洪洞射流-旋流梯级内消能工设计与数值模拟

导流泄洪洞在水利工程中应用十分广泛,本文以辽宁丹东梨树园子水电站为例,针对导流洞改建泄洪洞中的消能问题提出了一种射流-旋流梯级内消能工,并对其可行性和有效性进行数值模拟研究.结果显示,设计的射流-旋流梯级内消能工具有良好的消能效果,建议在工程设计中采用.     

竖井进流水平旋转内消能泄洪洞水力特性的数值模拟

本文采用Realizable 紊流模型,结合自由水面处理技术的VOF方法及非平衡壁面函数法,对竖井进流水平旋转内消能泄洪洞的水力特性进行数值模拟,得到了自由水面、空腔直径、压强、流速、旋流夹角、消能率等水力特性的变化规律.把数值模拟与模型试验的结果进行对比后可以看出,采用该紊流模型、合适的边界条件与数值方法,能够较好地模拟这种强旋流、强离心力效应和各向异性的复杂的空腔旋转流动,数值模拟所得的各种水力特性,从变化趋势到数值精度可满足这种旋流内消能泄洪洞体型初步设计与优化的要求.