倾斜挡浪板桩基透空堤水动力特性

通过物理模型试验和数值模拟试验,对前倾斜、后垂直的双挡浪板桩基透空堤的透射系数、反射系数、波压力,以及波浪爬高等水动力特性进行了系统的数值模拟研究。研究结果表明,相较于垂直挡浪板,采用倾斜的前挡浪板可明显减小结构的透射系数和反射系数,而波压力和波浪爬高变化不大,体现了更好的挡浪效果。随着挡浪板倾斜角度加大,透射系数、反射系数均呈减小趋势,当挡浪板倾斜角度增大至40°后,透射系数变化基本趋于平稳。总体来说,倾斜挡浪板结构优于垂直挡浪板结构,综合考虑各个因素,建议工程中前挡浪板倾斜角度以不大于40°为宜。     

静水中上升气泡沿倾斜壁面的运动特性试验研究

水中气泡在倾斜壁面附近的运动规律研究是当前气液两相流研究领域的热点问题.该文通过试验采用高速摄影和数字图像处理技术,初步研究了静水中上升气泡沿倾斜壁面的变形、黏附、滚动、反弹特性.研究结果表明,壁面倾斜角度越小,气泡接触壁面后的变形就越大;气泡以滚动的形式沿倾斜壁面运动;当壁面水平放置时,气泡会黏附在壁面上,而当壁面倾斜角度θ＜4.67.时,气泡会沿着倾斜壁面滚动一段距离后也会黏附在倾斜壁面上,当θ＞4.67.时,气泡会一直沿着倾斜壁面滚动直至脱离壁面;在更大的壁面倾角下,气泡在壁面上发生连续的碰撞和反弹运动,而气泡与壁面碰撞的反弹幅度随着壁面倾斜角度的增大而增大.该文研究结果旨在为相关的近壁面气泡运动特性研究提供参考.     

窄深河谷大夹角泄洪洞挑流消能方案的试验研究

新疆玉龙喀什水利枢纽工程位于高山峡谷区,1＃深孔出口消能面临窄深河槽、浅水垫、岸坡稳定等不利条件。为了达到安全有效的挑流消能效果,避免或改善上述不利条件带来的制约和安全影响,对1＃深孔出口开展模型试验研究。根据试验得到挑流消能流态、流速、冲淤、雾化等特性,分析其消能效果,优化挑流消能工体型。经试验研究,原设计正挑坎方案河道上游淤积不明显,水舌落点较为集中并偏于右岸,岸坡淘刷带来的稳定问题突出;通过调整挑坎左、右侧边墙半径等参数优化试验,最终采用“左挑右俯、分层出流、纵向拉伸”的挑坎体型,冲刷坑深度、岸坡淘刷问题显著改善,雾化影响也较小,有效解决了窄深河槽空间严重不足带来的安全问题。依此,为同类工程泄水消能工体型优化设计提供借鉴。     

侧槽洞式溢洪道水工模型试验及设计优化研究

通过侧槽洞式溢洪道水工模型试验,研究了贵州新华大沟水库工程溢洪道的水流流态、泄流能力、动水压力特性及下泄水流消能效果等。试验结果表明溢洪道调整段流态紊乱、溢流堰泄流量超泄过多、下泄水流造成下游河床冲刷严重,通过增加挡水墙、调整消力池底板高程等优化措施,提出了相应的优化布置方案,既满足设计要求,也为其他工程提供参考和借鉴。     

窄缝消能工水力特性数值模拟

对于窄缝式消能工,收缩比和出口形式是影响其水力特性和消能效果最重要的两个参数。采用RNGκ-ε紊流模型与VOF多相流模型对窄缝消能工进行水气两相流三维数值模拟,模拟收缩比为0.4,出口形式为矩形和底部收缩比为0.5,顶部收缩比为0.7的V形出口两种窄缝体型的水力特性,数值模拟结合龙水电站开口泄洪中孔窄缝消能工模型试验,对比分析了两者在压力、水面线、水舌和落水形态等水力特性的不同,结果表明采用紊流模型模拟研究窄缝消能工的水力特性是可行的;V形出口形式具有较大的优越性。     

高土石坝大交角挑流消能水垫塘优化布置

通过如美水电站整体模型试验,从水流流态、水垫深度、动水压力、下游河道流速分布等特性,对比研究了增设二道坝和降低底板高程两类优化方案。结果表明,大交角挑流消能水垫塘下游增设二道坝,其效果与二道坝高度、泄量、河谷宽度等密切相关,会恶化出流与下游河道的衔接;降低水垫塘底板高程对下游衔接影响较小,且可有效增加水垫深度,降低水垫塘临底水力指标。     

高扩散低收缩差动式挑坎不同体型参数水力特性研究

高扩散低收缩差动式挑流鼻坎结合了扩散式、窄缝式及差动式三种消能工的优点,体型复杂,实际应用过程尚未见对这种挑坎体型参数的相关研究。该文采用κ-ω紊流模型模拟该挑流消能工不同收缩比不同挑角差的水力特性进行研究,数值结果与试验结果吻合良好。为获得较好的水流流态、水舌扩散及下游冲刷效果并综合考虑高坎侧壁负压问题,研究结果给出了该型式挑流消能工的两个重要体型参数挑坎收缩比βs及挑角差Δθ的取值范围,供设计参考。     

多级连续消力池水跃的水力特性模型试验

以低弗劳德数、大单宽流量的安谷水电站为例,对不同方式形成多级水跃的消力池进行了系列水工模型试验,研究了不同方案形成的多级水跃的水力学特性。试验结果表明:采用多排消力墩方式形成多级消力池,其消能率虽有保证,但消力墩布置形式对池内流态影响较大,对不同单宽流量工况适应性不好,特别是单宽流量大时难以形成多级水跃;采用圆弧进口连续坎式消力池大幅度改善了流态,但仍未能形成两级水跃;采用跌坎进口连续坎式形式的两级浅水垫消力池,在很大流量范围内均形成明显的两级水跃流态,消能效果理想,池内临底流速和出池流速均比其他方案低,结合下游的反坡护坦,间接抬高了下游水位,使得出池水流平顺,且结构简单,施工方便。     

跌坎型底流消能工跌坎深度在工程优化设计中的应用

以某工程导流泄洪隧洞底流消能工为试验研究对象,原方案试验中,在闸门半开工况下,下泄水流出现脱离泄槽底板现象,不利于下泄水流的消能,经研究,改变压坡段底板坡度,同时将泄槽的两个坡段改成一个坡段;原方案底流消能工消力池内均发生远驱式水跃,消能效果差,通过研究采用以最大临底流速为控制目标的最小跌坎深度计算公式,确定消力池底板高程。经两次优化试验后,消除了闸后水流脱离泄槽底板的现象,下泄水流流态稳定,消力池内形成稳定的淹没水跃消能,出池水流与下游水流衔接较好,消力池内临底流速和时均动水压强均明显降低,消能效果好。     

松砂中倾斜锚板上拔承载特性模型试验研究

以福建标准砂为填料,对松砂中倾斜锚板的上拔承载特性进行了试验研究,采用数字图像相关技术分析了上拔时锚周土体的变形特性,重点探讨了锚板倾斜角度(倾角)和埋深比的影响。试验结果表明：对同一倾角,锚板上拔力峰值和所对应的位移水平均随着埋深比的增加而逐渐增大;对同一埋深比,随着锚板倾角的增加,上拔曲线发展形态基本一致,但埋深比的变化会对曲线形态产生影响。在较大埋深比条件下,锚板倾角对上拔承载力的影响具有区间效应,即当倾角约为10°时,上拔极限承载力最小,数字图像分析表明,此现象与不同倾角锚板上拔时竖向和侧向土体抗力的不同发挥机制密切相关。     

跌坎式底流消能工的消能机理分析与研究

对比常规的底流消能工，对跌坎式底流消能工消能水力特性进行了分析和试验研究。通过对底流消能机理的分析、平面紊动射流的流速分布和对比模型的对比试验，分析了消力池中的水流运动状态和跌坎在消力池中的作用。利用跌坎式底流消能，可大大降低临底流速，减小消力池底板上的脉动压强，增加淹没射流消能效果和水流的平稳，减小雾化对周围环境的影响，是一种有效的新型消能方式。     

溢洪道挑流鼻坎水气二相流数值模拟研究

针对某溢洪道挑流消能存在的问题,采用VOF方法、立方体网格和k-ε紊流模型对溢洪道整体水力特性进行了三维数值模拟,对挑射水流流态、水舌掺气、水垫塘底板压强、下游河道流速等方面进行了分析。将某溢洪道由原高低式挑流鼻坎修改为差动式后,增大了下泄水流入水范围,提高了挑流消能的消能效率,减小了水垫塘底板压强,降低了下游河道水流流速。优化方案数值模拟结果得到了模型试验结果的验证。     

带尾墩的新型综合消力池试验研究

消力池内常因消能不足而引起水流流态紊乱、临底流速大、出池后有二次水跃等问题。结合某待建水利工程,开展了带尾墩的新型综合消力池水流特征试验研究。通过对比原方案与9个优化方案,得到以下结论:在消力池尾坎上设置差动式尾墩后,下泄水流分多股支流进行纵向和横向扩散消能,水流流态稳定,消能率增大。消力池加深1 m、加宽4 m且增加差动式尾墩的消能方案消能效果明显,池内形成稳定淹没水跃,出池后二次水跃现象明显消除。     

跌坎型底流消能工水力特性的试验研究

采用水力学试验方法,对跌坎型底流消能工的水流流态、时均动水压力分布以及临底流速进行了分析。并对影响消力池水力特性的跌坎深度和水流入池角度进行了研究。研究表明跌坎型底流消能工能有效解决高水头、大单宽流量消力池水力学指标过高的问题。     

倾斜岸坡深度平均浓度分布及污染混合区解析计算

倾斜岸坡深度平均理论对其水质模型的构建、验证和参数率定具有十分重要的指导作用。在等强度连续点源岸边排放条件下,对倾斜岸坡深度平均浓度分布及污染混合区的几何特征参数进行了理论求解和曲线拟合。分别给出了深度平均浓度分布方程、深度平均污染混合区最大长度、最大宽度和相应纵向坐标、面积和面积系数的计算公式以及外边界标准曲线方程。分析表明,倾斜岸坡水体中污染物扩散宽度远大于扩散深度,对同一岸坡倾角的深度平均污染混合区形状具有相似性。提出了岸坡倾角分区的简化条件和相应污染混合区几何特征参数的计算公式,可为倾斜岸坡河流和水库深度平均浓度分布、污染混合区几何尺度和控制排污量的计算,提供科学依据。     

倾斜微型桩群加固堆积层边坡稳定性分析

使用有限差分软件FLAC3D,应用强度折减法,分析倾斜微型桩群加固堆积层边坡,桩倾角与支护效果间规律。桩倾角为微型桩群与铅垂面夹角,向坡顶倾斜为负,反之为正;倾角30°边坡模拟表明:桩倾角由-30～0°变化,支护效果先增大后减小,-20°为其中的最优方案;桩倾角在10～30°之间,支护效果相比铅垂微型桩无明显优势;桩倾角由40～60°变化,支护效果不断增大,相较铅垂微型桩群支护效果均有明显提高;60°为全部方案中最优;微型桩群与不连续面夹角为φ,φ90°支护方案相比铅垂微型桩群支护效果提高明显;倾斜微型桩群不改变堆积层边坡潜在滑动面深度,仅影响其沿滑带的分布;坡顶施加均布荷载,各排桩弯矩峰值与剪力峰值出现在不连续面处,关系基本满足:后排桩中排桩前排桩;最优支护方案倾斜微型桩群与桩前土体协同变形,形成"组合地基"共同承受桩后土体及滑坡推力,较之铅垂微型桩群支护效果显著提高,桩身受力明显减小。     

折板型竖井结构设计参数优化

折板型竖井是城市深隧排水系统中一种消能效果明显的水工结构,竖井的结构参数对其泄流量和消能率有重要影响。通过开展物理模型试验和基于Realizable k-ε湍流模型和VOF法的数值模拟,分析不同折板间距和折板倾角的竖井水流流型、最大泄流量、出口流速及消能率。研究结果表明:折板型竖井中基本水流流型有3种,分别为撞壁受限流、临界流和自由跌流;一定范围内增大折板倾角有利于水流流型从撞壁受限流向自由跌流转变,因此,在折板竖井设计中应使折板有适当的角度;竖井的最大泄流量随着折板间距和折板倾角的增大而增大,消能率随泄流量的增大而减小;从竖井的泄流能力和消能效果两方面考虑,当竖井直径为10 m时,折板间距4.85 m,折板倾角为9°～11°的竖井体型为最优。研究成果可为深隧排水系统的设计提供技术支撑。     

窄缝式消能工的水力特性及其体型研究

研究窄缝坎挑流的水流特性、消能要求及其体型参数的选择 .窄缝使水舌出流挑角增大 ,水舌纵向拉开 ,形成水流变形耗能 ,且加剧了水流紊动、水舌破碎而掺气的耗能 ,使消能效果增加 ,冲刷减少 .提供了不同收缩比与水舌出流挑角变化关系的试验成果及水舌纵向拉开值的估算公式 .     

齿墩数量对齿墩式内消能工消能率影响试验

针对洞塞式消能工对消能体型的过流能力有较大影响的缺点,为尽可能减小其影响,进行了齿墩式内消能工物理模型试验,设计了面积收缩比为0.375条件下不同齿墩数量的3种方案来试验分析齿墩式内消能工过流能力、局部水头损失系数、消能效果、脉动压强特性及脉动流速特性。试验结果表明:齿墩数量对齿墩式内消能工的消能效果起着一定的作用,在试验范围内,随着齿墩数量的增加,过流能力增强,局部水头损失系数减小,消能率降低;紊动强度在距齿墩段进口1.5D(D为管道内径)处达到最大,7D后趋于平稳;脉动压强在距齿墩段进口1.3D~1.6D达到最大,然后急剧衰减,在距进口5.6D处趋于平稳。     

规则波作用下倾斜桩柱的受力研究

本文通过实验研究,测试了水平桩柱及倾斜桩柱在规则波作用下的波浪力。基于Morison方程和Stokes二阶波理论,分析研究了不同埋深情况下水平桩柱的受力及其水动力系数C_D、C_M随K_C数的变化规律;分析研究了不同倾角情况下,倾斜桩柱的受力及其水动力系数C_D、C_M随K_O数的变化规律,同时还探讨了在同一倾角情况下,桩柱在一端出水和全部埋于水下时,水动力系数C_D、C_M的差别。