溢流坝反弧段紊流边界层空间特性的试验研究

本文利用一维激光测速系统，在实验室模型上，对光滑溢坝反弧段边界层水流特性进行了试验研究，研究表明，溢流坝反弧段内流动存在着微弱的三维结构，流的三维性主要由侧壁边界层及表面棱形波造成。反弧段凹曲壁面上近壁区流速分布仍满足对数律。本文还给出了壁面的切应力，边界层紊动特性及坝面压强等沿程变化的试验结果。     

过坝水流的近似计算

本文在势流计算基础上,沿溢流面用曼宁公式确定水头损失,在反弧段采用加大糙度方法进行过坝水流的近似计算,给出沿程自由水面位置、压力、流速及能量损失等水力参数。验证计算表明,该近似计算具有一定精度,供溢流坝水力计算参考。     

考虑重力及离心力的溢流坝反弧段紊流边界层动量积分方程的数值计算

论文分析了溢流坝反弧段水流的运动特征及影响边界层发展的主要因素,认为溢流坝反弧段水流边界层与绕流边界层是不同的。对于有自由水面存在的反弧段水流,在边界层外水流是有势流动的假设条件下,考虑重力及离心力的作用,提出了反弧段紊流边界层的动量积分方程式,计算结果与实验值比较表明文中的计算模式是正确的,可用于分析计算溢流坝反弧段边界层的发展厚度。     

溢流坝反弧段水流的紊动特性

本文利用一维和二维激光测速系统,对光滑溢流坝面反弧段水流进行了精细的量测.对反弧段边界层的各种紊动特性进行了分析研究.给出了沿反弧段坝面x方向(流向)和y方向(法向)紊流强度和的分布,以及反弧水流边界层紊动切应力的分布规律.可以看出,反弧段水流紊动特性具有明显的特点,与陡坡上的水流不同,边界层内紊动及掺混明显加剧,尤以边界层中部增加最为突出.边界层以外的外流区仍存在着一定的紊动及掺混,且沿程在不断地发展.本文通过对紊动比尺及功率谱的研究发现,反弧段涡旋比尺大大增加,大尺度涡旋的形成对反弧段水流的紊动结构有较大的影响.     

泄水建筑物紊流边界层探讨

本文总结了过去对溢流坝面紊流边界层及泄水建筑物反弧段紊流边界层的试验研究,通过理论分析导出了光滑溢流面及粗糙溢流面边界层厚度的计算关系式,还提出了相应的实用经验式。在对泄水建筑物反弧段边界层厚度变化的分析中,采用了相对边界层厚度δ/δ_0及相对反弧长度s/Rθ,提出反弧中点似为边界层厚度从增厚到减薄的转换点,并根据试验资料提出了点前、后边界层厚度沿程变化的关系式。     

二元明流反弧段的水力特性及空化特性

明流反弧段是容易发生空蚀的部位。本文从系统研究二元明流反弧段的水力特性入手,探讨反弧段的空化特性。根据势流理论,导出反弧段的时均压强、时均流速以及水深的分布规律,并对脉动压强及脉动流速进行初步探讨。对边壁附近的流速分布,根据实测资料进行局部修正。文中还介绍了反弧段的边界层特征及阻力系数。根据迭加方程,导出了反弧沿程临界空化数的变化规律,并与水流空化数进行比较,认为,反弧末端阻力系数及临界空化数的大为升高,是反弧末端更易于发生空蚀的主要原因。     

关于流速系数与反弧水流坦化的研究

流速系数的大小直接反映了溢流面上的能量损失,影响着水舌挑距的计算结果。对于具有挑流鼻坎的溢流坝,当来流与反弧段体形配合不当时,就会出现反弧最低点水深突然增大,而流速系数降低的现象。     

挑流反弧段水流掺气浓度的试验研究

通过泄槽水力学模型试验,研究了溢洪道、泄洪洞等泄水建筑物挑流反弧段掺气浓度的沿程变化规律;分析反弧段掺气浓度分布与挑坎高度、挑流段反弧半径以及来流流量之间的关系,以期为优化掺气坎体型及掺气坎下游设施提供依据。试验结果表明,挑流反弧段水流表、中、底不同部位掺气浓度的沿程衰减率是不相同的;在试验范围内,挑流反弧段水流掺气浓度随掺气坎高和反弧半径的增大而增大,随流量的增加而减小。     

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。     

乐昌峡水电站溢流坝消能方案试验研究

乐昌峡水电站溢流坝具有泄流落差和单宽流量较大、下游河道狭窄等特点,溢流坝的消能问题较突出.通过水工模型试验研究,对溢流坝挑流消能工布置和体型进行比较,推荐溢流坝采用反弧段一体的扩散式梯形差动式挑流鼻坎的消能方案,妥善解决了溢流坝消能问题.     

溢流坝反弧段急流水深的计算

木文研究了两个问题:1.由能量方程解出计算溢流坝反弧段急流水深公式如下:公式符号含意见正文。由已知k、φ和E_1,可简捷的计算出急流水深D_1。 2.利用五个模型试验资料(共50组),得到k值范围较大的新经验式φ=1.1k~(1/13)。 对于坝面坡度tgφ=1/0.8～1/0.6的溢流高坝。它的使用条件为R     

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。     

光滑溢流坝面水流边界层特性试验研究

本文利用自制激光测速仪对典型光滑溢流坝面水流进行了较详细的量测,并结合理论推导和有限元法对坝面势流的计算,对坝面边界层的各种流动特性进行了分析研究。文中给出了自坝顶曲线与上游垂直壁面交点处开始的边界层沿整个溢流坝面发展的全面轮廓,并在对粘性底层流速分布量测的基础上给出了切应力沿整个溢流坝面的分布。对于反弧段,本文分析了壁面和曲率两种原因产生的流速梯度既互相影响,又有所区别的现象。     

恒定急变流的能量方程及其应用

恒定总流的Bernoulli方程仅适用于恒定渐变流,而不能用来解有关恒定急变流的水力学问题。否则将会导致相当大的误差。为了分析和计算某些具有实际意义的恒定急变流问题,本文提出了恒定急变流的能量方程,并应用这一方程从理论上导出溢流坝反弧收缩水深、坝体泄水道流量以及侧壁孔口流速等的计算公式。为了验证,在溢流坝水工模型上进行了反弧收缩水深的观测。公式计算结果与观测资料相当吻合。     

泄槽底部掺气坎后水流掺气浓度分布模型试验

针对泄槽底部掺气坎后的掺气浓度分布规律较为复杂、研究成果较少的问题,为了更清楚地探究泄槽底部掺气坎后上游直段、反弧段及下游直段水流掺气浓度分布规律,采用含有反弧段的泄槽进行模型试验研究。试验结果表明:上游直段、反弧段及下游直段水流中不同水深处掺气浓度的沿程变化规律是不相同的;其他条件不变时,水流掺气浓度随掺气坎高度的增加而增大,随反弧段反弧半径的减小而减小;掺气坎高度和反弧半径对掺气设施的有效保护范围有一定的影响,适当提高掺气坎的高度和反弧段的半径对增大掺气设施的有效保护长度有利。     

泄水建筑物反弧急流水深的显式解

泄水建筑物反弧急流水深是泄水工程下游水流衔接、反弧半径设计、反弧段动水压力计算的重要参数。本文的目标就是探讨具有足够精度又计算方便的泄水建筑物反弧急流水深计算方法。在利用恒定急变流的能量方程对于泄水建筑物的反弧水流进行分析基础上,对恒定急变流的能量方程建立的反弧段水深方程,通过级数展开近似处理,得到泄水建筑物反弧急流水深的显式解。精确解和显式解的误差分析表明,当急变流流速系数在0. 85到1. 0之间变化时,反弧急流水深的误差随着流速系数的增大而减小;当流能比在0. 01到0. 3之间变化时,反弧急流水深的误差随着流能比的减小而减小。建议的公式最大误差小于1. 85%。可见,在实际工程的参数变化范围内,本文建议的泄水建筑物反弧急流水深的显式解形式简单、计算方便、又具有足够的精度,因此可应用于实际工程泄水建筑物反弧急流水深的水力计算。     

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。     

白石碾压混凝土重力坝预留缝的研究与应用

为防止大坝产生裂缝，对辽宁省白石水库碾压混凝土重力坝采用预留缝的防裂措施。挡水坝段越冬层面上、下游面附近两处设置水平预留缝，溢流坝反弧段表面设置铅直预留缝。用限元法对预留缝的扩展和坝体沿预留缝的稳定性进行了仿真分析。原型观测结果表明，预留缝开度符合规律，此措施有效。     

溢流堰面水面线简化计算方法探讨

以水力学的水流能量方程为依据,对现有的陡坡段水面线计算公式进行推导和修改,获得较简化的溢流堰面沿程水深计算公式,供工程设计参考。     

枫树坝水电站宽缝坝段溢流面反弧段裂缝成因分析

枫树坝水电站位于粤东地区的东江干流上,是广东地区重要水库之一.近年来,管理人员在溢流面反弧段发现多条裂缝,其中2条顺坝轴线向的主要裂缝横贯整个溢流坝面,基本无错缝地穿过多条坝体横缝.基于大体积混凝土温度应力场分析理论,采用ANSYS对大坝运行期的受力情况进行了详尽分析,合理地解释了反弧段裂缝成因及其特性,为后期裂缝加固提供了有力依据.