突扩式跌坎消力池脉动压强特性

基于模型试验结果,研究突扩式跌坎消力池底板脉动压强特性,分析突扩式跌坎消力池及非突扩跌坎消力池底板脉动压强的幅值特性、相关特性和频谱特性。分析结果表明：突扩式和非突扩跌坎消力池底板脉动压强最大值均出现在池首位置,且呈沿程衰减趋势;突扩式跌坎消力池能显著降低底板的脉动压强水平,突扩比1.3时最大值降低了63%,突扩比1.6时最大值降低了42%;突扩式和非突扩跌坎消力池底板脉动压强概率密度基本符合正态分布;在冲击区,突扩式跌坎消力池底板脉动压强空间积分尺度较非突扩式有显著降低,即其消力池内涡旋保持性有所降低;与非突扩式相比,突扩式跌坎消力池底板冲击区脉动压强优势频率向高频移动     

消力池底板透水孔内脉动压强试验研究

基于某跌坎消力池水工模型试验,在消力池底板中线不同位置设置透水孔,同步测量透水孔内和底板中线上表面的脉动压强。用模型试验和理论分析相结合的方法对透水孔内的脉动压强特性进行研究,得到透水孔内任意两点脉动压强相关系数的取值范围;从幅值特性和频谱特性两方面就孔内各点的脉动压强与相同位置上表面的脉动压强进行了对比,研究结果可为消力池透水底板的设计提供参考和指导。     

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.     

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。     

跌坎消力池上举力特性试验研究

基于某水电站溢洪道消力池底板的稳定性分析,对跌坎消力池底板的上举力特性进行了试验研究。结果表明:跌坎高度比对消力池底板上举力有显著影响,适当增加跌坎高度可以降低消力池底板块上举力。由水力条件建立了底板块单位面积最大上举力的估算公式,根据估算得到的最大上举力可以计算底板稳定所需的锚固力;底板的脉动压力和单位面积脉动上举力基本呈线性关系,在数值上单位面积脉动上举力约为脉动压力的53%;底板脉动上举力和最大上举力基本呈线性关系,在数值上单位面积脉动上举力约为最大上举力的24%。     

收缩比对非对称窄缝挑坎水力特性的影响

窄缝挑坎消能工因其良好的消能效果和易施工的特点被广泛应用于工程中。笔者通过模型试验,对3种收缩比(η=0.2,0.25, 0.3)情况下的单侧偏转的非对称窄缝挑坎的边墙水面线,底板中线时均压强和脉动压强特性展开了研究。试验结果表明:非对称窄缝挑坎的左右边墙水面线形态不同但均呈现上升趋势,窄缝底板中线上的时均压强和脉动压强均方根沿程增大,在接近窄缝出口处达到峰值,后减小。窄缝底板中线上的脉动压强基本符合标准正态分布。     

跌坎突扩型消力池脉动压力大涡模拟研究

针对跌坎突扩型消力池底板脉动压力分布较为复杂等问题,基于FLOW-3D软件,采用大涡模型和tru VOF法,模拟得出消力池底板的时均压强、脉动压强均方根、功率谱密度等时均量和脉动量特性,并将模拟结果与试验结果进行对比分析.结果表明:大涡模型能够较好模拟跌坎突扩型消力池底板的水流脉动压力,消力池内水跃区脉动压力主要受低频...     

联合泄洪下跌坎消力池底板脉动压强试验研究

基于某工程模型试验,对跌坎底流消能工消力池在表孔和中孔不同运用方式下脉动压强大小及分布特性进行研究。试验结果表明:开孔方式不同对底板脉动压强影响差别很大,首先脉动压强峰值在底板所处位置表现各不相同,其次脉动压强系数沿底板分布表现为表、中孔联合泄洪要比表孔或中孔单独泄洪明显减小,说明在同等运行条件下采用表孔和中孔联合泄洪更有助于降低消力池底板脉动压强,对底板安全运行有利。     

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。     

突扩底流消力池跌坎深度对池长的影响研究

在狭窄地形条件下,底流消能消力池长度往往受限。通过水工模型试验,结合消力池内水流紊动情况、临底附璧射流沿程冲击力以及底板脉动压强标准差等水力特性,研究一定突扩边墙(突扩比1. 75)条件下,消力池跌坎深度变化对池长的影响。成果表明:跌坎深度由5cm依次增加至10cm、15cm时(Q=12L/s),消力池长度可分别缩短约18cm和23cm。因此,枢纽布置时,可通过增加跌坎深度,在一定程度上减小消力池长度,以满足对地形的要求。     

底流钢膜消力池底板上表面脉动压力试验

为确保消力池防护结构在水流冲击下的安全,探索一种新的钢膜消力池防护结构,即在消力池传统的不透水混凝土底板上部铺设一层均匀开孔的薄钢板。基于某底流消力池模型试验,研究了铺设均匀开孔钢膜对不透水底板上表面脉动压力分布规律的影响。试验结果表明:铺设均匀开孔的钢膜后,对于消力池前端旋滚区,脉动压力强度系数减小、概率密度函数基本满足正态分布,但幅值范围更加集中;纵向各点的相关性降低、空间积分尺度下降,涡旋保持性降低;脉动压力主频基本不变,但脉动能量集中的频带变窄。与透水底板比较,钢膜消力池防护结构可以有效减小作用在消力池前端底板上表面的脉动荷载,初步表明这种结构具有一定的可行性。     

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。     

趾墩悬栅联合消能紊动及荷载特性数值模拟

基于Navier-Stokes方程和RNG k-ε湍流模型,采用流体体积函数法(Volume of Fluid,VOF)追踪非线性自由界面,对比趾墩悬栅联合消能与单一悬栅消能2种方式的水力特性差异,模拟水跃过程产生的大尺度紊动及水汽两相的强烈掺混作用。获得消力池内精细流场结构及边壁所受压力变化,以此对紊动特性及压力分布规律进行研究。结果表明:趾墩悬栅联合消能结构显著增加了渥奇段内水体紊动强度与规模,其中0.4＜h^*＜0.8(h^*为相对水深)范围内紊动强度相较单一悬栅显著增加,沿程衰减显著;消力池底板动水压力呈现明显波动,其平均动水压力相比单一悬栅略有降低;压力脉动峰值位于0.3＜x_p＜0.4(x_p为沿程相对位置),其动压力系数为消力池底板最大动水压力系数的2.0~2.4倍。研究成果可为消能机理的研究提供可靠依据。     

水垫塘冲击区掺气浓度对脉动压强作用的试验研究

采用水工模型试验,研究泄流进入水垫塘后在水垫塘底板冲击区内掺气浓度对脉动压强的作用。通过改变掺气量,使水垫塘内水体的掺气浓度发生变化,开展不同的掺气浓度对水垫塘冲击区底板脉动压强影响的研究。结果表明:在保持水垫深度和泄流流量不变的情况下,增加掺气量,水垫塘冲击区同一测点水体掺气浓度值随掺气量的增加而增加。水垫塘冲击区内掺气浓度分布规律为在冲击点处达到最大值,由冲击点向上、下游递减;冲击区底板总动水压强的峰值随掺气量的增加而降低;脉动压强的方差值随掺气量的增加而减小,即脉动变幅减小。脉动压强的概率密度分布为正态分布,分布曲线随掺气量的增加而变陡、变窄,脉动强度系数分布集中,即方差变小,压强峰值减小,脉动强度减小。同一测点脉动压强的频谱分布规律一致,其优势频率集中在低频范围,随掺气量的增加,脉动幅值降低,即脉动压强降低。     

带键槽透水底板脉动压力试验研究

消力塘防护结构是大坝安全的第一道防线,消力塘的安全是高坝泄洪安全的前提与保障。依托向家坝物理模型,以将“主动防护”与“被动防护”相结合的带键槽的透水底板为试验对象进行试验,主要针对带键槽透水底板的脉缝隙水流压力特性、下表面的脉动压力分布规律、时空相关性、空间相关性和压力频谱特性进行试验分析。结果表明,在水跃稳定区,增设透水孔后,带键槽底板下表面及垂直缝隙处各测点脉动压强最大值和脉动压强系数有所减小;带键槽底板下表面各测点间的相关性有所减小,同时涡漩的空间积分尺度与保持性减小;底板下表面及键槽处各测点的功率谱密度有所减小,并趋于低频。     

乌江银盘水电站消力池及导墙脉动压力特性研究

依托乌江银盘水电站,对底流消能消力池底板及导墙脉动压力特性进行了较系统的水力学模型试验研究。通过大量点、面水流脉动荷载测试数据的综合分析,获得了消力池底板及导墙动水压力的分布规律。该研究丰富和发展了底流式消力池及导墙的脉动压力特性研究,可为对该类消能形式水流动力特性的深入研究提供科学参考。     

溢流堰表孔弧形闸门开启过程非恒定流水力特性

采用RNGκ-ε紊流模型结合动网格技术对某水利工程Y型宽尾墩泄洪表孔弧形闸门开启过程进行了三维动态数值模拟研究。为了解闸门开启过程中各相对开度的水力要素特性,采用6种不同的开启总时间,给出各开启总时间对应的闸后流速、压强等水力要素对闸门开启速度的依赖关系,并定义了反弧及消力池3个压强分布区域。研究表明,闸门开启总时间较小时,闸后水流的滞后效应明显,各对应相对开度时闸后水面线偏低;开启过程中溢流堰反弧处最大流速、冲击区最大压强等都会远大于恒定情况时的对应值。冲击区最大压强及其与调节区平均压强的差值随开启速度的增大迅速增加,且需经过较长时间才逐渐回到正常值。开启速度较小时,各水力要素增加较为平缓。将闸后水面线等计算结果与试验结果进行对比,吻合良好,验证了数值方法的可靠性,可为类似水工闸门运行提供借鉴。     

导流隧洞出口消力池体型优化数值模拟与试验研究

通过对新疆阿尔塔什水利枢纽工程导流洞水工模型泄流实验与数值模拟,对出口消力池进行了体型优化,在消力池水面线、消能率、出池最大临底流速、尾渠流态等方面与原方案进行了对比分析。结果表明:在实验范围内,优化后的消力池内最大水深降低了2.05 m,消能率提高了12%,出池最大临底流速降低了28%,尾渠稳定流速降低了66.7%。通过各项水力特性指标表明,优化后的消力池比原设计方案显现出更为优良的特性。