山区弯道水流特性及消能选型

山区弯道水流特性复杂,消能工布置困难,为确定其适宜的消能工型式,分析了山区河流水流特性及工程中常用消能型式,并结合水工模型试验研究了不同消能工布置下弯道水流流态及消力池出口流速分布,提出在弯道出口处设置消力池加辅助消能工(消力墩+异形坝)的工程措施。结果表明,在消力池内设置消力墩和异形坝后,水流流态得到很好的改善,出池水流流速分布均匀,消能效果更好。     

丁坝对弯道水流特性影响的数值分析

针对丁坝对弯道水流水力特性影响的问题,建立了相应的概化模型,通过数值模拟的方法研究了不同角度下丁坝对弯道水流特性、弯道水流横向水面超高和流速场的影响。结果表明,在丁坝影响下,弯道水流横向水面横比降计算公式应考虑丁坝对河道的束窄、丁坝尺寸和弯道角度等综合因素的影响进行修正,为深入探讨弯道水流特性奠定了基础。     

弯道近岸流速沿程分布规律与计算方法

确定弯道近岸流速对于预测弯道凹岸侵蚀速率与横向迁移速率具有重要意义,但野外测量与理论计算近岸流速困难较多。为研究近岸流速的沿程分布规律,以及近岸流速与断面平均流速值之间的定量关系,采用MIKE 3建立水流数学模型,分析各种工况下连续弯道的中间河段内18个断面的断面平均流速与近岸流速的关系并建立计算方法。结果表明,弯道入口段,近岸流速沿程略减小,之后沿程近似呈线性增加。近岸流速随断面平均流速的增加而增加,二者之间高度正相关,可采用ub=a珔u+b表示,a和b随弯道中心角和来流量变化而变化。研究成果有助于了解河道演化规律。     

簸萁形进水流道进水收缩段底面倾角对流道水力性能的影响

为了探究簸萁形进水流道进水收缩段底面倾角对流道水力性能的影响,建立了簸萁形进水流道的进水结构物理模型和水动力学模型,采用雷诺N-S方程和RNGκ-ε湍流模型,对进水收缩段5种不同底面倾角的流道水流流场进行数值模拟。结果表明,底面倾角对流道进水收缩段和喉部的流速分布影响较大,较大的底面倾角使进水收缩段的流线分布密集度和喉部流线弯曲度增大、流速升高,增大了流道水力损失,降低了流道出口断面流速分布的均匀度;较小的底面倾角使进水收缩段的流线分布平顺和喉部流线弯曲度变缓、流速降低,减小了流道水力损失,提高了流道出口断面的流速分布均匀度;进水收缩段底面倾角的大小对流道出口断面的水流速度加权平均角无明显影响;分析不同底面倾角的流道水力性能,在簸萁形进水流道的进水收缩段底面倾角≤3°时,进水流道的水流平顺,水力损失小,流道出口的水流流态满足水泵叶轮室进口的进水条件。     

侧槽式溢洪道水流的紊流数值模拟研究

针对侧槽式溢洪道侧槽段水流大尺度的横向旋涡、回卷表层水流与由溢流堰下泄水流相互作用后掺气、沿主流方向平均流速分布不规则的问题,采用RNGκ-ε紊流模型对侧槽式溢洪道水力特性进行了三维数值模拟,并与物理模型试验结果进行了对比,获得了水流流态、水面线、压强和流速等水力参数的分布特征。结果表明,计算值与实测值相吻合,该方法有效可行。     

丁坝对弯道水流紊动强度影响的试验研究

采用三维声学多普勒流速仪对弯道内丁坝附近水流的紊动特性进行了系统的试验研究,较为精确地测量了弯道内丁坝附近水流的三维时均流速和脉动强度等.根据试验数据,探讨了弯道水流及丁坝附近水流的紊动机理,分析其紊动特性,同时还对紊动强度分布特点进行了比较.     

石砭峪水库泄洪洞复合圆弧曲线弯道水力特性试验研究

石砭峪水库泄洪洞弯段布置为大底坡急流弯道，为调整其水流流态，进行了水工模型试验。根据隧洞已开挖的现状，又要较好的控制洞内水流流态，试验中曾对弯道体型进行了多次修改比较，其中复合圆弧弯道体型较好的控制了急流弯道水流流态。本文结合该工程试验研究，着重对复合圆弧弯道水流特性及其控制急流效果进行了阐述。并提出了急流弯道的初步选型方法。     

糙条应用于弯段溢洪道内水力特性试验研究

为研究溢洪道弯段泄槽内布置糙条后的水力特性,选取槽内无糙条方案与布置糙条方案,从水深均匀度、横断面弗劳德数、凹凸岸水位三方面分析糙条对弯道水流的影响。结果表明,在淹没糙条的流量条件下,糙条的置入不仅可改善溢洪道横断面水深分布不均问题,还可缩短下游直线段距离;一定工况下,糙条可将溢洪道流态由急流转变为缓流;糙条对水流的控导作用将弯道底部水流由凸岸强迫导向凹岸,不仅消减水面横比降,还可抑制水流冲击波。     

出口段长度及弯肘段半径对肘形进水流道水力特性的影响

为了解出口段长度和弯肘段内、外半径对肘形进水流道水力特性的影响,基于雷诺时均方程和标准κ-ε湍流模型,采用通用CFD软件Fluent,应用SIMPLEC算法对肘形进水流道的三维内部流动进行了数值模拟,并引入优化进水流道目标函数作为评价标准,探讨了在保持肘形进水流道主要控制参数（流道长度L、宽度B、叶轮名义高度H/D等）不变的情况下,不同出口段长度和弯肘段内、外半径对肘形进水流道水力特性的影响。结果表明,在一定范围内随着肘形进水流道出口段长度的增加和弯肘段内、外半径的减小,出口断面轴向流速分布均匀度减小;流道对水流流动方向的调整作用增强,出口水流偏流角减小;流道水流流态变化加剧,水头损失增大。在开挖深度不变的情况下,可通过调整出口段长度和弯肘段内、外半径改善肘形进水流道水力特性。     

泵房进水流道堵塞对其水力性能的影响

泵房进水流道的水力性能直接关系到泵站的安全、高效运行,结合某核电站工程实际,对泵房进水流道进行物理模型试验,研究了泵房进水流道板框滤网堵塞时的水力性能,揭示了板框滤网堵塞对进水流道流速分布的影响规律。试验结果表明,当板框滤网堵塞时,进水流道1.5 D断面、3.0 D断面、进水池断面的流速分布不均匀度与流速加权平均角度明显减小,流道水头损失增加,流道出现不利流态,影响水泵的安全运行;同时增加进水流道水位能改善流道的水力性能。这为其他泵房的优化设计及安全运行提供了参考依据。     

单个透水丁坝对溢洪道泄槽弯道水流流态影响试验研究

为了研究单个透水丁坝对溢洪道泄槽弯道水流流态的影响,采用PVC板制作试验模型,进行了溢洪道泄槽弯道凹岸3个位置(1/4、1/2、3/4弯道处)、3个角度(45°、60°、75°)布置单个透水丁坝的水力学试验。利用试验结果,分析了溢洪道泄槽弯道水面均匀度、弯道横断面最大水面横比降、壅水曲线等弯道水流特征。结果表明,与无透水丁坝相比,弯道内布置单个透水丁坝后的弯道水面均匀度均有增加;单个透水丁坝布置角度为60°或75°时,弯道横断面最大水面横比降减小。在布置角度相同、布置位置不同的条件下,单个透水丁坝在弯道1/4处引起的壅水曲线的长度最短;在弯道1/4处,当单个透水丁坝布置角度为60°或75°时,弯道内的壅水曲线长度最短;在弯道1/2或3/4处,当单个透水丁坝布置角度为75°时,弯道内的壅水曲线长度最短。     

天生桥一级水电站溢洪道几个水力学问题研究

天生桥一级水电站溢洪道水头高,流速高,泄量大,泄洪功率大,高速水流问题较为突出.本文在模型试验的基础上,初步研究了该溢洪系统对泄流能力的制约和影响、明渠连接渐变段的体型选择、斜尾墩消除水冠、陡槽水流平面扩散角的选择、泄洪水流与河道斜交时的顶冲回流与消能防冲等水力学问题,并通过分析研究得出了一些有益的结论.     

陡槽溢洪道上孔板消能特性的试验研究

运用孔板消能工能有效改善低水头、大流量陡槽溢洪道中的水流流态,显著降低陡槽溢洪道中的水流流速和提高消能率。在此采用物理模型试验的方法,结合龙屯水库陡槽溢洪道除险加固工程,通过分析水流流态、水流速度的分布及消能率,对设置在陡槽溢洪道上的孔板的消能特性进行了研究。结果表明,孔板改善了上游弯曲段形成的折冲水流的不良流态,使水流流速明显减小,孔板的消能率达到50%以上,消能效果显著。     

益洪道陡槽弯道设置导流墙对挑流消能的影响

为验证溢洪道陡槽弯道设置导流墙对挑流消能效果的影响,以某水库为例,对弯曲溢洪道进行水工模型试验,对比了溢洪道陡槽弯道设置导流墙前后挑流流态、冲坑淘刷形态和消能率,评价了导流墙对挑流消能效果的优化作用.试验结果表明,溢洪道陡槽弯道设置导流墙使水流流态分布均匀、冲刷坑面积及深度减小且对称分布,消能效果更好.     

潘口水电站泄洪洞三维数值模拟

为研究采用数值模拟方法分析岸边泄洪洞水力特性的可行性,采用Fluent商业应用软件对潘口水电站岸边泄洪洞进行了三维数值模拟,得到了泄流能力、典型断面流速、沿程底板压力、水面线及洞顶富余等水力要素的分布特点。数值计算结果与模型试验结果比较表明,两者吻合较好,可见采用数值模拟方法研究潘口水电站泄洪洞的水流特性具有可行性,各种边界条件的设定较为合理,能够模拟出真实情况下的各项水力指标,研究结果对体型优化有一定指导作用。     

某阶梯溢洪道与光滑溢洪道水力特性对比

某溢洪道工程原设计方案采用光滑溢洪道,但光滑溢洪道出口流速较大,挑距较远,对右岸岸坡造成冲刷破坏。对此,提出采用阶梯溢洪道替换光滑溢洪道的设计方案。为定量分析两种溢洪道水力特性,采用水工模型试验与数值模拟试验相结合的方法做了对比分析。结果表明,阶梯溢洪道的消能率明显大于光滑溢洪道的消能率,有效减小了溢洪道出口流速和挑距,避免了对下游岸坡的冲刷,该修正方案合理。研究成果可为类似工程提供参考。     

弯道干流与支流交汇口垂线流速分布的试验研究

为了深入了解干支流汇合口水流的运动特性,通过概化模型试验,利用ADV流速仪对顺直型支流与弯曲型干流60°交汇角的汇合口区域进行了垂线流速测量,验证了试验数据的可靠性,分析了弯道干支流汇合口区域垂线流速分布特性。结果表明,随汇流比增大,交汇断面上游纵向流速减小,交汇口各断面径向流速绝对值增大,断面环流方向发生改变;汇流比较大时,交汇断面最大纵向、径向流速点出现于凹岸侧;交汇断面下游附近最大纵向、径向流速偏向弯道中心线;在交汇断面下游附近的凹岸出现水流分离区。