惠州抽水蓄能电站上库溢流坝阶梯消能试验研究

介绍惠州抽水蓄能电站工程概况,建议将上库溢流坝挑流消能改为底流消能方式。通过水力模型试验研究,推荐溢流坝采用“坝面削角阶梯+底流消力池”的联合消能方案。试验表明,削角阶梯坝面末端泄流的动能只占相应光滑坝面动能的30％以下,相应动能消能率达70％以上,消能效果较显著,大幅度减小了溢流坝下游消力池的尺寸和工程量。     

百咘水库除险加固工程溢流坝设计

针对百咘水库溢流坝砂浆老化、剥落严重,边墙局部倒塌,消力池底板无衬砌等问题,结合水库的实际情况,提出溢流坝面采用混凝土防冲、新建溢流坝两侧导墙及消力池对溢流坝进行加固处理。工程实施后,既满足泄洪要求,又保护坝顶原有风雨桥等景观设施。     

底流消能中溢流坝体型对消力池的影响

结合某溢流坝水利工程,在采用底流消能,降低护坦高程形成消力池的情况下,通过基本的水力计算,分析比较了常规体型和优化体型溢流坝下游消力池的水力要素.计算结果表明,体型优化后的溢流坝,消力池的池深和池长都明显变小了,大大减小了坝体混凝土的用量以及消力池的开挖量,节省工程投资.在水工模型试验中,体型优化后的溢流坝消力池中水流...     

阶梯溢流坝与二级消力池联合消能体型研究

阶梯溢流坝以其较高的消能率被广泛用于工程中,但对其深入的研究尚少。通过数值模拟计算结合模型试验的方法,研究溢流坝的过渡台阶组合以及两级消力池入池体型对于溢流坝流速、流态、消能率等水力特性的影响表明:过渡台阶组合与消力池入池体型对整体消能率影响较小,阶梯溢流坝入流端采用小尺寸逐渐过渡到均匀尺寸台阶的组合能有效调整入池流态,消力池入池端采用斜坡代替台阶调整入池下跌水流角度,可减少对于消力池底板的冲刷,证明采用入池斜坡的阶梯溢流坝与二级消力池联合消能具有良好的消能效果。     

团山子水利枢纽溢流坝水工模型试验研究

根据该工程坝址下游特殊的地形条件,结合现场试验条件,通过建立1:60水工模型,对溢流坝在不同运行条件下的水流流态进行观测,验证溢流坝泄流能力,对溢流坝坝面、坝趾反弧段及消力池底板处压力分布进行研究,并通过消能试验优化消能建筑物结构尺寸。     

宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池的紊流数值模拟

宽尾墩 阶梯溢流坝 消力池一体化的坝面泄流形式是我国科技工作者提出的新型水工设施,已在实际工程中有所应用,但缺少数值计算成果。阐述了针对这种极其复杂的坝面形式进行的数值模拟,计算了设计和正常水位条件下的水力特性和宽尾墩进出口处的紊动能以及耗散率,数值计算结果与试验数据基本吻合。数值计算时单宽过量已达141m3/s·m,对宽尾墩 阶梯溢流坝 消力池一体化的方式有必要进行更深入的研究。     

山羊溪水电站溢流坝优化设计

山羊溪水电站原设计溢流坝、消力池底板基岩高程均为280.0m,业主工程部技术人员根据现场查勘基岩情况,建议设计院将溢流坝、消力池底板高程适当提高,以节省工程投资,缩短工期,并组织省厅专家进行了现场咨询,湘西自治州水利勘测设计院与业主工程技术人员一起对溢流坝及消力池进行了优化设计.     

官地水电站溢流坝面反弧段抗冲耐磨防护措施研究

官地水电站溢流坝面抗冲耐磨防护,采用改进底流消能方案,即溢流表孔宽尾墩布置+连续跌坎+底流消力池+中孔挑流的消能方式。溢流坝反弧段水流流速高,局部脉动冲击力大,并且在消力池强烈旋滚紊动水流作用下,不同程度存在较粗颗粒石子翻滚撞击冲刷。水力学实验显示,宽尾墩后收缩水流的一部分直接落入溢流坝面反弧段,从而使反弧段除了承受离心力作用之外,还要承受高流速冲刷及一部分挑射水流的冲击压力。所以对溢流坝段反弧段的抗冲耐磨防护措施研究是非常有必要的。该工程采用了钢板衬护和高强耐冲磨混凝土+聚脲喷涂两种方案,进行了溢流面的抗冲耐磨防护研究与方案比较。     

湖南省芦江水库溢流坝台阶和戽流组合消能设计

为了研究芦江水库工程溢流坝采用台阶+消力戽组合消能的可行性，结合工程特点，经综合分析大坝溢流面台阶+戽流组合消能和台阶+消力池组合消能2个方案，最终选择消能效果好、投资省的台阶+戽流组合消能方案。介绍了溢流坝面消能台阶步高和步长及消力戽尺寸拟定的方法、溢流坝面经过台阶水流流态、消能率及戽流消能等的水力学计算和水工整体模型试验。结果表明：计算和试验结果较为吻合，该工程溢流坝采用台阶+戽流组合消能是合理可行的。     

阶梯溢流坝在左柏水库中的应用试验研究

通过水工模型试验,对左柏水库工程阶梯溢流坝水力特性进行了研究和分析。试验结果表明,阶梯溢流坝设置前置掺气坎后,起始阶梯上的掺气较充分,消除了起始阶梯面上的空蚀风险;单宽流量越大,阶梯上水流形成均匀流的流程越长;阶梯溢流坝的消能率随单宽流量的增加而减小;阶梯溢流坝体形下,下游消力池规模相比光滑溢流坝减小28.7%。试验获得的阶梯段均匀流水深、流速与相应单宽流量计算经验公式可为实际工程下游消力池设计提供参考,试验研究体形适用于单宽流量较小且坝高大于60 m的水利工程。     

阶梯溢流坝和宽尾墩及消力池组合消能的水流数值模拟研究

采用两相流模型,辅以Realizable k湍流模型,来模拟阶梯溢流坝和消力池组合以及阶梯溢流坝、宽尾墩和消力池组合两种联合消能工的水力特性,获得了流速场、压强场、紊动动能及紊动动能耗散率等物理参量的分布。网格划分采用了分区域划分:模型中任何形状不规则的复杂部分采用非结构网格划分,对形状规则的部分则采用了结构网格划分,并根据流动梯度的大小安排网格的疏密程度。采用有限体积法对控制方程进行离散。采用了VOF法处理自由水面,使用PISO算法求解速度与压力的耦连方程组。比较分析了两种消能工在速度场、压强场、紊动动能及紊动动能耗散率的差异。研究结果表明:受宽尾墩的影响,坝面及消力池中的流速均小于无宽尾墩的情况,而台阶坝面的压强明显高于无宽尾墩的情况;在消力池中紊动动能及其耗散率均大于无宽尾墩的情况。可见,阶梯溢流坝、宽尾墩和消力池组合消能工的消能优于无宽尾墩的情况。     

阶梯溢流坝与T形墩消力池联合消能的试验研究

以河龙水库碾压混凝土坝水工模型消能方案试验研究为基础，探索了中低水头阶梯溢流坝与Ｔ形墩消力池联合消能的水力特性。结果表明，阶梯坝面具有良好的消能效果，是一种应用前景广泛的消能型式。     

新型宽尾墩在索风营水电站的应用与研究

把宽尾墩应用到碾压混凝土台阶溢流坝面，形成“宽尾墩+台阶坝面+消力池”联合消能工，是我国科技工作者的一大创举。索风营水电站单宽流量达207m3/s·m，在应用台阶溢流坝面工程中属最大，经模型试验验证常规宽尾墩联合消能工已不能满足要求，于是提出了一种新型宽尾墩形式——X型宽尾墩，它继承了传统宽尾墩的优势，又拓宽了台阶坝面的消能作用。本文是“X型宽尾墩+台阶坝面+消力池”联合消能工在索风营水电站应用的水力特性研究成果的一部分。     

百色水利枢纽RCC主坝表孔宽尾墩联合消能工设计与研究

介绍百色水利枢纽RCC主坝表孔宽尾墩联合消能工设计、试验研究成果。该工程泄洪流量大、下泄功率高、河床水深偏浅且地质条件较差，通过研究，确定采用“表孔宽尾墩 中孔跌流 底流式消力池”新型联合消能工，溢流面设置掺气坎，减轻溢流坝面气蚀破坏。消力池底板厚5～8m，附加底板锚筋，满足安全需要。     

台阶式溢流坝消力池压强特性试验研究

为研究台阶式溢流坝不设反弧段连接时消力池底板压强特性,结合某水库实际工程,采用物理模型试验方法,对台阶式溢流坝消力池底板时均压强、脉动压强强度和峰值等压强特性进行了研究。结果表明,消力池底板时均压强均为正值;在滑行水流和过渡水流时,时均压强在水流冲击区出现一个较大值,最大为0.926kPa,下游反弹区形成极小值;在跌落水流时,时均压强沿程变化较小,且随流量的增加而增大;脉动压强强度和峰值沿程变化规律基本一致,总体上随流量的增加而增大,最大值出现在水流冲击区,脉动压强最大为1.198kPa,随后沿下游方向逐渐减小,并趋于稳定;台阶尺寸对消力池底板时均压强和脉动压强影响不大;消力池内脉动优势频率为0.01~4 Hz,属低频振动,不会危害泄水建筑物的安全。研究成果可为台阶式溢流坝消力池的优化设计提供参考。     

掺气坎角度对溢流坝阶梯面掺气空腔的影响

在宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化消能工中利用前置掺气坎连接WES曲面与阶梯溢流坝,能有效增加阶梯面掺气,避免阶梯遭受空化空蚀破坏。主要引用水气两相流VOF方法的RNG k-ε模型,采用几何重建方式对水气面附近进行插值以及利用PISO算法和非定常流算法进行数值模拟,模拟前置掺气坎角度8°,10°和11.3°时阶梯溢流坝上坎后掺气空腔长度及阶梯面压力分布,模拟范围从库区至消力池尾部。为验证模拟计算的可靠性,对阶梯溢流坝坎后掺气空腔进行模型试验,通过坎后空腔长度模拟值与实测值的对比分析,发现两者吻合较好,最大偏差为7.9%。模拟结果表明,掺气空腔长度随前置掺气坎角度的增加而增加,阶梯近壁面最大负压绝对值及压力随前置掺气坎角度的增加而增加且负压分布范围逐渐扩大。     

过渡阶梯大小对一体化消能工消能特性的影响研究北大核心

由"宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池"组成的一体化消能工在现代高水头大单宽泄流量的水利水电工程建设中得到广泛的应用。基于阿海水电站,研究了WES曲面与阶梯溢流坝连接处的连接形式对该消能工水力特性的影响。采用水气两相流VOF计算方法辅以三维RNG k-ε湍流数值模型,对分别由12个0.5 m×0.375 m(高×宽)台阶、6个1 m×0.75 m(高×宽)台阶、3个2 m×1.5 m(高×宽)台阶以及2个3 m×2.25 m(高×宽)台阶组成的过渡阶梯进行三维数值模拟。研究结果表明:随着过渡阶梯台阶尺寸的增大,溢流坝面最大湍流动能k逐渐减小,最大湍流耗散率ε逐渐增大,消能率也将逐渐增大;k及ε在消力池内分布规律基本一致,主要分布在消力池前端的底部和中部。由2个3 m×2.25 m(高×宽)台阶组成的过渡阶梯消能效果最好。     

确定消力池深度的一种新方法

一、问题的提出目前水利工程中常用以下方法来确定消力池的深度。图1为在溢流坝下游设置消力池的示意     

设计综合式消力池的简便计算

水流经过水闸、溢流坝等水工建筑物，下游消能有时需要采用综合式消力池方案，笔者在研究单纯确定池深和坎高的基础上，导出计算综合式消力池的迭代公式，使得计算方便，而且精度能够保证。     

过渡阶梯大小对一体化消能工消能特性的影响研究

由"宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池"组成的一体化消能工在现代高水头大单宽泄流量的水利水电工程建设中得到广泛的应用。基于阿海水电站,研究了WES曲面与阶梯溢流坝连接处的连接形式对该消能工水力特性的影响。采用水气两相流VOF计算方法辅以三维RNG k-ε湍流数值模型,对分别由12个0.5 m×0.375 m(高×宽)台阶、6个1 m×0.75 m(高×宽)台阶、3个2 m×1.5 m(高×宽)台阶以及2个3 m×2.25 m(高×宽)台阶组成的过渡阶梯进行三维数值模拟。研究结果表明:随着过渡阶梯台阶尺寸的增大,溢流坝面最大湍流动能k逐渐减小,最大湍流耗散率ε逐渐增大,消能率也将逐渐增大;k及ε在消力池内分布规律基本一致,主要分布在消力池前端的底部和中部。由2个3 m×2.25 m(高×宽)台阶组成的过渡阶梯消能效果最好。