台阶式溢洪道滑行水流压强特性的试验研究

模型试验表明，台阶式溢洪道滑行水流压强在台阶上的分布规律是：在水平面，压强从台阶凹角向凸角先逐渐减小，其最小值在距凹角(0．3～0．5)倍步长处，然后开始回升，至(0．7～0．9)倍步长处压强升至最大，在凸角处又有所降低。竖直面，从凹角向上压强值由大逐渐减小，在步高为(0．5～1．0)范围内为负压区，负压值沿高度方向逐渐增大，至凸角下缘负压值最大。在沿程方向，压强呈波浪式分布，在相邻台阶上出现波峰和波谷。脉动压强强度和压强系数的变化规律与时均压强一致，且随来流量和台阶坡度增大而增大，在x／L1≤0．4～0．5以前脉动压强强度沿程增大，随后有所减小。脉动压强的优势频率在0～2Hz之间，概率密度为偏态分布。     

台阶式溢洪道滑行水流时均压强特性研究

通过模型试验，对台阶式溢洪道滑行水流的时均压强特性进行了研究，探讨了台阶上时均压强的产生和变化规律。同时探讨了来流量、台阶尺寸等因素对台阶上压强变化的影响。对于工程的设计，施工都具有很好的参考价值。     

台阶式溢洪道水流能量特性的研究

为了研究台阶式溢洪道上水流能量特性,对坡比1:1.25不同台阶高度的台阶溢洪道进行模型试验,试验结果表明:台阶溢洪道上总水头沿程急剧降低;水流比能表现出沿程先增大后达到稳定值的规律;水流比能的变化决定总水头的变化,比能稳定值越小说明台阶溢洪道的消能效果越好。通过无量纲分析得出稳定比能与相关影响因子的2个无因次参数,结合试验和相关文献对2个无因次参数拟合,表现出良好的幂函数规律,相关系数为0.994 9~0.997 2。同时得出计算剩余能量和台阶溢洪道总消能率的经验公式,为相关设计提供参考。     

某水库台阶式溢洪道脉动压强特性研究

台阶式溢洪道水流流态复杂,其水流脉动直接影响到水利工程的安全,为论证某水库台阶式溢洪道的安全性,采用物理模型试验方法,对台阶式溢洪道脉动压强特性进行研究。结果表明,台阶式溢洪道底板脉动压强是随时间变化的平稳随机过程;脉动压强强度在台阶凹角和中点处相差不大,从台阶面中点向凸角处逐渐增大;脉动压强强度沿程交替出现波峰和波谷,呈波浪状变化,并随流量的增加而增大;台阶式溢洪道脉动优势频率主要集中在0~2 Hz,属低频振动。研究成果可为类似工程的优化设计提供参考。     

台阶式溢洪道滑行水流消能特性研究

台阶式溢洪道消能率无法详细反映其消能特性,为了突出反映台阶消能作用,从总消能水头中扣除光滑溢洪道原有消能水头得到纯台阶消能部分,计算了单位高度纯台阶消能率,以及台阶消能所占总消能的比重。结果表明:滑行水流的单位高度纯台阶消能率约为0.80%/m~0.83%/m,与单宽流量和台阶数目均无关,随台阶高度增大增幅为4.5%;纯台阶消能所占总消能比重随单宽流量增大而增加,随台阶数目增多而减小;此外,还对单宽流量增加时消能率下降的原因进行了探讨。结果分析表明:大单宽流量消能率下降是由于光滑溢洪道能作用降低而纯台阶消能不变导致的。     

台阶式溢洪道滑行水流消能特性研究

台阶式溢洪道的消能特性是研究的热点方向,而单纯的台阶式溢洪道消能率并不能有效反映台阶在消能方面的价值。将台阶式溢洪道和同体形光滑溢洪道的消能规律进行对比,可以准确反映出台阶结构对水流消能的贡献。通过对26.56°、38.66°、51.30°三组坡度,0.5、1.0、2.0 m三种台阶高度的台阶式溢洪道进行水工模型试验研究,探讨了不同台阶高度(d)、单宽流量(q)、坡度(θ)下相对消能率(Δη)和台阶流程长度与水深比(L/h)的关系。结果表明:台阶水流为滑行流态时,在非均匀流段上相对消能率和台阶流程长度与水深比呈线性关系,复相关系数R~2在0.984 6~0.996 2之间,直线斜率随单宽流量、台阶高度、坡度的增大而增大。试验分析证实了研究相对消能率的必要性,Δη和L/h的线性关系为进一步探究台阶的消能特性提供了依据。     

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。     

台阶式溢洪道的水力特性研究

对台阶式溢洪道水力特性研究兴趣的增加，主要是因为目前碾压混凝土筑坝技术已经有了很大的进步，以及这种溢洪道具有使水流可以沿溢流坝面消能的优点。本文介绍民西班牙有关这种溢洪道的掺气，增加坝面水深以及消能情况所进行试验的结果。     

台阶式溢洪道的水力特性

台阶式溢洪道是水利工程中常见的新型泄洪消能方式之一,相比于其他消能方式有较高的消能率、能很好地降低溢洪道末端流速,工程造价低、不易发生空蚀等诸多优点。文章概述了台阶式消能工机理及其主要研究方法,归纳了学者对台阶式消能已有的研究结果,并从溢洪道表面台阶设置、水力特性参数、台阶自身形态与消能特性关系3个方面总结了消能率的影响因素,进一步讨论了"M"和"V"2种新型的台阶溢洪道消能特性,通过改变台阶形态增强了消能效果,较大程度地缩减了溢洪道的长度,降低了对下游消能设施的要求。     

台阶式溢洪道中跌落水流的消能

本文通过对台阶式溢洪道跌落水流的试验研究建立了θ=19°时断面单位能量的经验公式,从断面单位能量和临界水跃跃后水深关系说明了跌落水流出现平衡的条件,并由试验证明了当坝高一定时台阶高度与台阶数量对溢洪道的消能率影响很小,其消能率仅是相对坝高Hdam/yc的函数的结论。     

台阶式溢洪道消能特性的研究

结合斯木塔斯水电站台阶式溢洪道水力学模型试验结果,引入了相对消能率和单宽消能功率,总结了台阶高度、单宽流量与消能率、相对消能率和单宽消能功率的变化规律,重点研究相对消能率的变化规律。研究表明,流量增加时台阶溢洪道的相对消能率和单宽消能功率逐渐增大,表明台阶所起到的消能功效增强了。     

高海拔地区台阶式溢洪道水力特性研究

为了探究高海拔地区台阶式溢洪道水力特性,对坝顶位于海拔 2 586.0 m,斜坡角度 θ=32° 的某大坝台阶式溢洪道进行了模型试验。通过改变来流流量,研究了 3 种不同工况下溢洪道台阶竖直面及水平面时均压强、水面线、流速、脉动压强等水力特性。结果表明:在 3 种试验工况下,台阶式溢洪道不仅具有较高消能率,而且不会发生空化空蚀破坏;溢洪道竖直面及水平面压力沿程为跳跃式分布;水深及流速在台阶溢洪道上达到某一值后,基本稳定。该结果可为高海拔地区的台阶式溢洪道优化设计提供参考依据。     

台阶式溢洪道水流比能与剩余能量关系研究

水流比能是一个非常重要的水力参数,引入剩余能量,分析得出台阶溢洪道水流比能与剩余能量的关系,结合斯木塔斯水电站台阶式溢洪道模型试验,研究了台阶溢洪道水流比能在不同单宽流量、台阶高度条件下的沿程变化规律。试验结果表明:在满足滑行水流的条件下,台阶式溢洪道水流比能沿程先增大后稳定,该稳定值等于溢洪道出口的剩余能量;剩余能量随单宽流量的增大而增大,随台阶高度的增加而减小。同时给出坡比为11.25的台阶溢洪道剩余能量和消能率的计算式。     

某水库台阶式溢洪道优化试验研究

台阶式溢洪道广泛应用于工程中,基于模型试验对某水库溢洪道除险加固工程台阶式溢洪道方案进行研究,试验结果表明,设计方案基本满足溢洪道常遇洪水的泄洪消能要求,但当下泄流量高于消能防冲流量时溢洪道泄槽局部出现不良水力现象,并且消力池长度不足。为此在设计方案的基础上,对溢洪道闸室出口泄槽连接段、泄槽掺气设施及消力池消力墩进行不同方案优化布置。通过模型试验最终选定相对较优方案作为某水库溢洪道除险加固方案,优化后泄槽内水翅现象消除,消力池内流态改善,总消能率有所提高。     

台阶式斜槽溢洪道的水力特性

各国研究人员对台阶式斜槽溢洪道水力特性的研究越来越感兴趣。这一方面是由于ＲＣＣ筑坝技术取得很大的进步，另一方面是因为沿斜槽的消能量大，从而可以减小下游消力池的长度，已通过缩尺模型对各类台阶式斜槽溢洪道的水力特性进行了研究；但仍有好几个方面的问题需要进一步试验研究。     

溢洪道水流特性分析

溢洪道的控制段之后常设置收缩段,并且溢洪道的水流一般为急流,因此,在收缩段内将产生陡冲击波,使溢洪道内水流的流态复杂化。收缩段的水流特征应采用冲击波理论分析计算,只有正常陡槽段的水力计算才可采用能量公式。分析表明,由于收缩段和正常泄槽段的相对水位不同,将产生不同的水面衔接形式。大多数情况下,收缩段的陡冲击波控制溢洪道陡槽的过流能力与边墙高度。     

溢洪道水流特性分析

溢洪道的控制段之后常设置收缩段，并且溢洪道的水流一般为急流，因此，在收缩段内特产生陡冲击波，使溢洪道内水流的流态复杂化。收缩段的水流特征应采用冲击波理论分析计算，只有正常陡槽段的水力计算才可采用能量公式。分析表明，由于收缩段和正常泄槽段的相对水位不同，特产生不同的水面衔接形式。大多数情况下，收缩段的陡冲击波控制滋洪道陡槽的过流能力与边墙高度。     

重庆市隘口水库弯道溢洪道水流特性试验研究

针对隘口水库溢洪道弯道段内同时存在横向与纵向坡降、挑流消能出口轴线与下游天然河道走向存在一定角度交叉导致的水力条件复杂问题,通过水力学模型试验,开展了溢洪道消能防冲效果方案和改善水流流态的优化研究。研究结果表明:在弯道段增设斜槛和改常规挑流鼻坎为扭鼻坎,能有效地改善弯道内水流流态和消能防洪效果。     

梯形凹角台阶式溢洪道水力特性

台阶式溢洪道中凹角水流的循环及能量交换是泄洪消能的关键因素之一,目前台阶式溢洪道的研究多集中在台阶的坡度、尺寸以及与宽尾墩等联合运用方面,鲜有对台阶凹角几何形状进行研究。通过水工模型试验和数值模拟计算,对传统三角形凹角台阶和新型梯形凹角台阶的流态、掺气浓度、压强、流速等水力特性进行研究,结果表明:梯形凹角台阶与三角形凹角台阶水流水力特性分布规律相同,但由于梯形凹角台阶改变了旋涡脱落的形状,漩涡脱落进入主流中,促进水流湍动,使得初始掺气点位置略微前移,增加主流区断面平均掺气浓度,提高虚拟底板处总压强波动强度,降低台阶沿程流速,有利于提高台阶抗空化空蚀能力和促进台阶消能。