城市雨水泵站侧向出水箱涵整流措施模型试验

为研究上海某雨水泵站侧向出水箱涵的水力流态,采用物理模型试验方法对出水箱涵内部的水力流态特性进行分析,并针对发现的问题提出了在出水箱涵内加设由导流短墩、底坎、组合梁构成的组合式整流措施。试验结果表明:出水箱涵内部水流扩散不良,导致出水箱涵出口流量分布不均、主流居中且出口两侧出流较小;增设组合式整流措施后,出水箱涵在导流短墩、底坎、组合梁的综合整流作用下,显著均化了出水箱涵各孔流量,有效提高了出水箱涵的出流均匀度,解决了出水箱涵流态存在的问题。     

闸站结合泵站前池流态优化

为了优化闸站结合泵站运行时的前池流态,消除不良流态的影响,采用物理模型试验和数值模拟相结合的方法,分析了不良流态发生的原因。提出了多种优化整流方案,研究了其整流效果,构建了由带通水孔的导流墙、Y型导流墩和沿流向导流坎所形成的组合式整流措施。数值模拟发现,带通水孔的导流墙能够有效缩小并上移导流墙后回流区,再借助Y型导流墩和沿流向导流坎的整流作用,能使前池水流均匀顺直地进入进水池,较好地解决了因横向流速产生的偏流问题。研究结果表明,该组合式整流措施使得进水流道进口流速均匀度由86.30%提高到了93.46%,进水池两侧轴向流速偏差度由原来的12.63%下降为3.47%,整流效果显著。研究成果可为类似泵站工程流态改善提供参考。     

大型城市水源泵站前池流态及改善措施试验

结合上海市长江引水三期工程水源泵站水力模型试验,研究和分析大型城市水源泵站前池流态以及产生不良流态的原因,提出了消涡板、非全段式底坎和八字形导流墩等改善不良进水流态的工程措施,并对底坎和八字形导流墩措施进行比较分析。试验结果表明,虽然底坎和导流墩整流措施布置形式不同,但两者改善流态的效果差异不大,均能有效改善泵站前池的进水流态,提高水泵运行工作效率。     

城市输水泵站前池流态及整流措施

鉴于城市输水泵站受用地限制,一般布局较为局促,前池内易产生回流、漩涡等不良流态的现状,为改善前池流态,结合某底部涵管进水形式的城市输水泵站,采用雷诺时均方程结合RNG k-ε湍流模型,对泵站前池流态进行了数值模拟,研究适用此类城市输水泵站的整流措施。数值模拟计算结果表明,泵站前池两侧存在大尺度回流,进水池进流流量分配不均,水泵进水条件较为恶劣;采用八字形导流墩和底坎的组合式整流措施,能有效地将密集居中的主流分散,消除前池两侧的大尺度脱壁回流,均化进水池进流,使泵进水状况变好,提高泵站运行的可靠性。     

泵闸工程闸下双底坎整流的水力特性

针对泵闸工程中出闸水流出现的不良流态,提出在其下游河道设置双底坎的整流措施,利用VOF法的RNG k-ε湍流模型,探索其整流效果和水力特性,并对计算结果进行了物理模型验证。结果表明:底坎通过迫使出闸水流沿坎横向运动和形成漩涡,对偏流、回流和斜向水跃具有显著改善作用;双底坎的设置能有效减小坎后水面波动,进一步降低回流区范围,提高流速均匀程度;流速不均匀系数随下游出口Fr增大而减小,随二坎的相对坎高h_2/b、相对间距d_2/b的增大先减小后增大;数学和物理模拟的水面线和流速分布吻合度较高,湍流模型计算结果可靠。     

侧向进水泵站前池流态试验研究

以Froude准则为基础,适当提高模型流速,在不同水位下进行了某侧向进水泵站的模型试验。结果表明:原方案前池内无论是面层还是底层,均出现大尺度回流区;水流斜向进入进水池,边侧水流偏斜尤为严重;翼墙回流区内流速较低,易造成泥沙淤积,对泵站的安全、经济运行不利。通过对底坎、导流墙、"Y"型导流墩等多种整流措施进行试验,发现采用由"Y"型导流墩演变而来的"丁"字型倒流措施能取得较好的整流效果。     

小石峡水电站溢洪道消能工优化试验

通过新疆维吾尔自治区库马拉克河小石峡水电站溢洪道水力学模型试验,对其原设计方案的消能工结构形式进行了优化。试验表明,消力池段在通过设计流量30年一遇洪水1 856.20m3/s时,池内不能形成完整水跃,水跃前后波动剧烈,水流大量溢出,原设计方案的边墙高度、池长均不能满足过流要求。提出采用减小消力池池深、设置分流趾墩-消力墩-低消能坎的综合式消力池代替原设计方案的常规消力池的修改方案,在设计流量下进行泄水试验,试验结果表明,在分流趾墩、消力墩、低消能坎的联合作用下,消力池内形成强迫水跃,流态明显改善,水跃长度减小,跃后水深降低,消能率提高。采用分流趾墩-消力墩-低消能坎的综合式消力池可有效缩短消力池池长,降低边墙高度,节省工程造价,试验结果可为优化工程设计及其他同类工程优化消力池提供参考。     

闸站合建枢纽对河口通航影响的模型试验

为了改善河口平面闸站合建枢纽水闸出流时容易在闸下河道内出现主流集中、偏流、回流,外河航道内横向流速大等问题,提出了在消力池下游海漫段设置八字形低坎的整流措施。基于平面闸站合建枢纽水力学模型试验,对有、无整流措施两种条件下闸下河道的水流流态、流速分布、特征断面流速不均匀系数以及航道内的最大横向流速进行了测试分析与比较。试验结果表明:闸下海漫段设置八字形整流低坎可以使外河入口断面流速不均匀系数从无整流措施的4.5～4.9降低到0.3～1.4,且使外河航道内的横向流速大大降低,模型试验实测的最大横向流速范围在0.30～0.50 m/s之间。外河入口断面流速不均匀系数和外河航道内横向流速的显著降低有助于河口闸站合建枢纽的通航安全,是一种简单而有效的工程措施。     

分侧式闸站枢纽下游底坎整流特性

采用Flow-3D数值模拟结合物理模型试验的方法,探索底坎对分侧式闸站枢纽下游回流和偏流问题的改善效果,建立了漩长、漩宽、流速不均匀系数等水力特性与底坎尺寸、位置的相关关系,为底坎的优化设计提供依据。结果表明,底坎能有效改善回流和偏流问题,使单侧水流能够更快扩散到整个河宽断面;随着坎高和坎墩间距增大,漩长、漩宽和流速不均匀系数均明显降低,整流效果提高;随着坎宽增大,上述水力特性参数均先降低后升高,整流效果先提高而后出现减弱现象;流速不均匀系数沿水流方向变化趋势相同,均是先增大后减小。     

低坎分流墩消能工用于金鸡滩水利枢纽工程的试验研究

针对金鸡滩水利枢纽工程的低Fr水流问题,提出了将低坎分流墩消能工用于此工程的试验研究。在二元水流试验中,从下游水流的流速分布、表面波浪、河床的动床冲刷等水力要素方面选择了适合金鸡滩枢纽工程的低坎分流墩体形尺寸,然后在整体模型上加以验证。研究结果表明,低坎分流墩应用于金鸡滩水利枢纽工程具有显著的消能效果,消能机理清楚,经济效益明显,值得推广应用。     

无坝取水分流防沙试验研究

都江堰水利工程是人类历史上无坝取水工程的典范。研究分析了都江堰工程的布置特点以及引水防沙原理,与现代分流拦沙技术相结合,应用于我国西部山区某河流的取水枢纽布置。通过模型试验,在河道主流中心位置布置人工岛,将河道分为内江和外江,模拟枢纽的取水防沙效果。结果表明:在内江入口处设置拦沙坎减小了进口附近河段的流速,有效阻碍了泥沙进入,不影响工程取水效果;受拦沙坎影响,内江流速小于天然河道,但由于人工衬砌的内江底部糙率小于天然河道,泥沙随水流一起向下游运动,在弯道环流下大部分泥沙沿人工岛一侧运动并从飞沙堰排入外江,少量进入取水口泥沙沉积在沉沙池。     

收缩墩与跌坎消力池水力特性的试验研究

为探究解决跌坎型消力池在大单宽、低弗劳德数条件下引起的振荡型水跃问题,进行了跌坎型消力池和收缩墩与跌坎型消力池两类消能工试验,对比分析了试验的流态、流速和压强分布规律。试验结果表明,加设收缩墩后,入池射流破坏了表面水流与水垫层剪切形成的大幅度振荡波动,有效地解决了振荡型水跃问题,降低了水流对底板的冲击压力。     

溪古水电站竖井旋流溢洪洞设计与分析

溪古水电站泄洪建筑物布置受地形地质条件限制,采用了结构简单、进出流方向不受限制的竖井旋流消能方式,在充分利用下部泄洪排沙（放空）洞具有较大的泄洪能力基础上,结合导流洞开挖后良好的围岩地质条件,适当减少了上部竖井旋流溢洪洞泄洪规模,将溢洪洞下平段与导流洞结合,优化了泄洪建筑物布置格局,并通过初设和施工详图两阶段水工模型试验分析对比验证,竖井旋流消能,是一种便于枢纽灵活布置、具有较高消能率的内消能工型式。     

小湾水电站大型导流洞改建泄洪洞研究

针对小湾水电站高水头、大流量的泄洪特点，通过大量的优化试验研究，将旋流竖井式泄洪洞技术应用于小湾水电站导流改建工程，并提出适合工程特点的体形布置形式，解决了下游高水位淹没泄洪洞出口的技术难题。研究表明，这种旋流竖井式泄洪的消能效率可达90％左右，涡室与竖井的水流流态比较平顺，压力分布分理，导流洞内水流速度低于20m/s，不失为高水头、大流量条件下导流洞改建为泄洪洞的有效方式之一。     

Hydraulic characteristics of bottom underlay-type pier for water-wing control

The pier, placed at the outlet of the pressure flow section, is an effective design to deal with the problems of the manufacture and operation of the gates fbr a discharge tunnel with high water head. It is crucial to control the water-wing, induced by this type of the pier. Through observing the phenomena of the water-wing, the reason of the water-wing inception, i.e., the concave of the flow surface, was presented, and a type of the new pier with bottom underlay was designed. The hydraulic characteristics of the pier, including the variations of the water-wing features, both length and height, with the water head, as well as with the concave depth, and with the height of the bottom underlay, and the variations of the concave depth with the height of the bottom underlay, were investigated by physical model experiments. The results show that the approach of the modification of the concave through the structures with the bottom underlay-type pier is remarkably effective in the water-wing control.     

“水石分离”在泥石流灾害防治工程中的应用

文家沟于2010年8月13日爆发泥石流,一次下泄量达460万m3,沟床下切深度最大约70 m,是5·12大地震后典型的次生地质灾害,也是我国近年来规模较为罕见的特大型泥石流.鉴于该泥石流规模巨大、地质条件复杂,在治理方案的选择和设计上具有很大难度.在分析该泥石流典型特征、成因以及各功能分区地形特征和坡体物质组成的基础上...     

电厂循环水流道进口水力优化研究

为减少占地、节省工程量,某电厂循环水流道初步设计选择平面弯曲、总体长度相对较短的曲线形布置形式。应用二维紊流模型进行数值模拟,分析了流道曲线引水段弯道环流运动所产生的不利影响,为遏制弯道环流运动、调整水流流速分布,对流道进口进行水力优化,将进口前沿冷却塔人字柱支墩改造成导流墩,用以控导引水段水流运动。模型试验表明,该项措施能够有效梳理弯道段水流流向,均化流速分布,控导效果可以满足要求。     

油房沟水电站引水隧洞过水管支架桥设计

油房沟水电站引水隧洞过水管支架桥位于隧洞中段,是有压隧洞跨洒渔河的交叉建筑物。由支架桥及其上承载的压力钢管道组成,总跨度125 m,最大墩高42.8 m,钢管设计流量46.7 m3/s。桥梁支撑结构采用空心墩和排架结构,基础设置承台及混凝土灌注桩,桥面为预应力混凝土箱型结构,过水钢管采用支撑环与桥面横梁连接。通过结构设计充分考虑了钢管与桥梁的变形协调及抗震问题,对于大流量有压引水工程跨河建筑物的设计有一定的借鉴意义。     

弯段溢洪道导流墩联合糙条消能工水力特性试验研究

由于弯道离心力与边墙的作用,导致溢洪道内产生水面超高、横向冲击波等问题。为了充分体现加设导流墩糙条后对溢洪道内水力特性影响,通过对曲率半径与底宽比值为2. 2的60°弯段溢洪道试验研究,得到了不同试验方案下溢洪道各典型横断面的水深与水流动力轴线分布规律。结果表明:导流墩布设位置和个数均可以一定程度地改善溢洪道内水面结构形态,单一形式导流墩对弯道内水面结构改善效果不如导流墩和糙条联合布置形式; 5组试验方案最大水面差及最大水深在1/5～2/5弯道横断面和4/5弯道横断面相邻上下游位置发生频率较大,且导流墩糙条联合方案的水流动力轴线更趋向弯道中轴线;相比同类消能工,导流墩糙条联合形式布置在弯道内更加节约工程造价,且施工较方便,可为实际工程设计提供理论参考依据。