台阶式溢洪道滑掠水流水面线计算公式初探

将台阶看作渠道壁面粗糙,根据蔡克士大等的明槽试验研究结果,推导了台阶坝面滑掠水流水深计算公式。在给定台阶高度和单宽流量的情况下,根据该公式,可以得出台阶式溢洪道的沿程水深。     

台阶式溢洪道渐缩泄槽水深计算方法

通过在溢流面上布置阶梯式台阶加大了溢流面的“表面糙率”,使得消能作用显著,掺气效果良好,因此其工程应用越来越广泛。但由于泄槽形状特殊,台阶、泄槽尺寸组合情况多样,渐缩式泄槽内水流变化更加复杂,给水力研究带来了一定的难度。在实际工程需求的背景下,参照原有昌桑法计算公式和现有模型试验的测量成果,提出了改进系数法。经复核验证:改进系数法得到的台阶式溢洪道渐缩式泄槽各断面计算水深结果与模型试验量测的相应断面的水深结果十分吻合,相对误差不超过5%,表明此方法精度高,可用于计算台阶式溢洪道渐缩式泄槽水深。改进系数法为完善台阶式溢洪道渐缩式泄槽水力特性研究提供了科学依据,对工程应用具有指导意义。     

台阶式溢洪道非掺气水流水面线的计算

台阶式溢洪道水面线是确定边墙高度的重要参数,目前尚无系统的研究成果.根据明渠非均匀渐变流理论,分析了台阶段水面线的计算方法;模型试验表明,用非均匀渐变流理论计算台阶式溢洪道非掺气水流水面线时,必须考虑局部水头损失的影响.经对比分析,台阶上的局部阻力系数ζ=0.5时计算水深和实测水深吻合良好.溢流反弧段水面线可以用动量方程给出的公式计算.同时,对于坡度为30°,51.3°和60°的WES曲线段,也通过模型试验给出了水面线的计算式.对比分析认为,本文给出的台阶式溢洪道非掺气水流全程水面线的计算方法简单,精度高.     

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。     

太山里水库台阶式溢洪道消能规律分析

以郴州市北湖区鲁塘镇东南侧太山里村境内的太山里水库为例,基于水库运行实际设计出台阶式溢洪道试验模型,并对不同水力条件下水流流态和消能特性进行了试验模拟。结果表明,过渡水流所产生的较强冲击波对溢洪道台阶受力十分不利,必须加强设计控制,但就水流流态试验过程的完整观察得出,台阶水面流态较为破碎,不同台阶高度下水面也均位于台阶边墙高度内,并无大量飞溅现象;对于小流量而言台阶式溢洪道消能率可达90%以上,消能效果明显,在太山里水库运行中较为适用。     

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。     

台阶式溢洪道各流况的消能特性

在斜坡角度θ=19°的台阶式溢洪道上,变化其来流量、台阶高度及相对坝高等条件,对跌落水流、过渡水流及滑行水流,下游消力池形成临界水跃的跃前、跃后消能率进行了对比试验研究。试验结果表明,在试验条件范围内,以上三种流态的消能率差别甚小,总消能率最大可达95%左右,其中跃前的消能率占85%以上。     

不同体型台阶溢洪道水流比能特性研究

台阶式溢洪道作为一种具备消能效果的泄水建筑物被广泛应用于碾压式混凝土重力坝建设过程中,但由于其消能效果研究的复杂性和现场试验的不可操作性,针对台阶式溢洪道消能效果研究从未间断。本文利用断面比能为研究参数,对不同台阶高度、不同单宽流量台阶式溢洪道消能效果进行了系统的研究。研究得出:在台阶式溢洪道泄水过程中,总水头随着泄水流程增加呈线性降低;水流断面比能在泄水过程中呈现先增加后逐渐趋于稳定的趋势,且断面比能稳定的流程临界值为35—40m;断面比能随着单宽流量的增加而逐渐增加,二者之间呈现正相关关系;台阶式溢洪道台阶高度越高,消能效果越明显,当台阶高度由0.5m增加至2m时,台阶式溢洪道消能效果提高18.3%。     

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。     

努尔加水库台阶式溢洪道水力特性的研究

结合努尔加水库台阶式溢洪道的模型试验,对单宽流量在24.17～118 m3/s.m的台阶式溢洪道的台阶坡度、高度和水力特性进行了介绍;试验表明坡度较陡、单宽流量较小的情况下消能效果最好。研究工作对大单宽流量台阶溢洪道的推广应用具有较高的参考价值。     

驼峰堰在三原西郊水库溢洪道中的应用

驼峰堰是一种堰高很小的复合圆曲线剖面低堰，设计与施工简单，适用于软弱地基条件，其整体稳定性及剖面应力均较好，优点是可获得较大的流量系数，从而提高泄流能力，减少投资。三原西郊水库溢洪道的设计在这方面作了尝试，取得了满意的效果。     

倒V形阶梯与传统阶梯流场特性对比研究

倒V形阶梯溢洪道作为一种新型阶梯溢洪道,具有特殊的流场特性。为探究倒V形阶梯独特的流场特性,在模型试验研究的基础上,采用数值模拟的方法,对比研究了倒V形阶梯与传统形阶梯溢洪道滑行水流流态下的流速矢量分布、压强分布及消能特性。研究结果表明:倒V形阶梯水流结构及压强分布与传统阶梯有较大差异,其分布在溢洪道宽度方向呈现明显的差异,呈现出独特的三维流动特性;倒V形阶梯相较于传统阶梯溢洪道具有更好的消能效果。     

汤河水库弯曲溢洪道流场数值模拟分析

依据RNGk-ε双方程紊流模型,并采用VOF方法追踪自由水面和笛卡尔网格法处理复杂几何边界,对汤河水库溢洪道弯道水流进行了三维数值模拟,得到不同流量下溢洪道弯道的自由水面线、压力分布以及流速等流场参数分布规律。     

申庄水库溢洪道水流改善措施研究

申庄水库溢洪道布置受地形条件限制,设计中泄槽设置了弯道和收缩段,下泄水流受其影响形成了不对称冲击波,两岸水深差悬殊,且影响鼻坎挑流消能.文中通过水工模型试验,提出了在弯道末端布置横向挑流坎的方案,明显改善了水力条件,为工程改造提供了依据.     

台阶式溢洪道相对流速和相对消能水头的关系

流速和消能水头是重要的水力参数,但在台阶式溢洪道中尚无系统研究成果。将台阶式溢洪道流速、消能水头与对应光滑溢洪道流速、消能水头对比,引入相对流速、相对消能水头的概念。通过对0.5,1.0,2.0 m 3种不同台阶高度,38.66°坡度的台阶式溢洪道进行试验研究,探讨了流速、消能水头,相对流速、相对消能水头之间的关系。结果表明:非均匀流流态下流速、消能水头呈曲线关系,不便分析应用;相对流速和相对消能水头表现出良好线性关系,相关系数0.973 7~0.995 9,证实了引入相对流速、相对消能水头的必要性。     

上郊水库溢洪道进口段的水力学问题

文中以上郊水库除险加固工程中溢洪道进口段设计中的问题为实例,说明溢洪道进口段设计布置中存在的一些水力学问题,若不加以注意会对工程安全造成威胁。尤其对于重要工程,最好用模型试验加以研究确定。     

旋流式竖井溢洪道竖井的水流特性研究

本文在对旋流式竖井溢洪道的实验研究基础上着重分析了该消能工的消能机理，讨论了水流旋流数和水流的涡粘滞系与消能率的关系，并建议了简易可行的数值计算方法。在研究中也发现了竖井边壁上的剪应力过大这一在具体应用中需要注意的问题。     

旋流式竖井溢洪道的过流能力及蜗室与锥形渐缩段的水力特性研究

本文对旋流式竖井溢洪道进行了实验研究和理论分析,给出了流量系数、蜗室与锥形渐缩管中的空腔形状、能量损失和其它水力参数的实验结果及近似计算方法。