高拱坝表孔宽尾墩水力特性试验研究

采用模型试验方法,对宽尾墩消能工应用于高拱坝表孔后,其下泄水流流态、泄流能力、水垫塘流态及水垫塘底板冲击动压等水流特性进行了研究。结果表明：高拱坝表孔宽尾墩流道内存在自由跌流、急流冲击波及缓流三种流态;当处于急流冲击波流态时,其下泄水舌呈窄而高且长的窄长流态,水舌纵向扩散效果明显,并且宽尾墩体型几何参数变化不会影响其泄流能力;水垫塘底板最大时均冲击动压值随着堰顶水头的增高而增大,随着宽尾墩收缩比的增加而增大,随着墩尾折角的增大而减小,随着坝面倾角的增大而减小。     

与宽尾墩联合使用的消力池底板压强特性试验研究

压强分布规律是决定消力池底板能否稳定的一个主要因素。本文通过水力学模型试验测试结果,对与宽尾墩联合使用的消力池底板时均压强与脉动压强分布规律进行了研究,研究发现,池底板时均压强可沿程分为冲击区、跳跃区和恢复过渡区,冲击区一般水流可能承受动水压强作用,且不同水流条件下,动水冲击压强会出现不同的变化规律,跳跃区时均压强会随着冲击区动水压强增加而减小。脉动压强变化一般主要集中在冲击区,且脉动压强会随着尾水深度及尾坎高度的增加而减小,随着消力池长度的增加而增加,采用X型宽尾墩后,脉动压强可能比采用Y型宽尾墩减小大约20%以上。     

高拱坝表孔宽尾墩体型优化试验研究

高拱坝表孔溢流坝面短,作用水头低,堰前行进水流具有向心倾向.宽尾墩消能工应用在高拱坝泄洪表孔必须与此特点相适应.本文对宽尾墩应用在高拱坝坝顶泄洪表孔的体型布置进行了试验研究.结果表明,宽尾墩应用在高拱坝表孔时,出口角度不宜采用挑角,而应采用俯角:采用较大的宽尾墩墩尾折角有利于水流的纵向扩散和减小水垫塘底板冲击动压;同时为避免拱坝曲率造成的水流径向集中现象,两边表孔宽尾墩应采用非对称体型设计.优化后表孔水流能够在竖向及纵向充分扩散,空中呈窄而高且长的流态,在水垫塘中横向分区入水明显,不仅使水垫塘底板冲击动压减小和冲击点向下游偏移,而且为高拱坝表深孔水舌相互穿插无碰撞消能,减轻泄洪雾化创造了条件,对狭窄河谷中的高坝工程具有重要的工程应用价值.     

宽尾墩消力池水动力及调控响应特性研究

基于景洪水电站1:100的物理模型,对Y型宽尾墩消力池的水动力及调控响应特性进行研究,主要研究了水垫厚度、单宽流量、开孔方式对动水压强的影响。研究发现:时均压强主要受水垫厚度控制而受单宽流量的影响不大,时均压强随水垫厚度的增加而增加;脉动压强同时受水垫厚度和单宽流量控制,脉动压强随水垫厚度增加而减小、随单宽流量增大而增大;动水压强随开孔方式的改变而变化,在试验的开孔方式下,表孔由间隔开启变为相邻开启,对表孔中线的脉动压强最大值、闸墩中线的脉动压强最大值均有削弱的作用。     

宽尾墩后接阶梯溢流坝面水工设施的研究

将宽尾墩安置在阶梯溢流坝上游形成一种新的水工设施,它兼有宽尾墩和阶梯溢流坝面的特点,比纯阶梯坝单宽流量可增大数倍。由于在阶梯面与挑射水流之间形成气体空腔,可实现充分掺气。本文对其进行了数值模拟,采用了双孔方案。虽然网格数增加了一倍,但比单孔而言流场更加完整。通过数值模拟得到的墩后水翅、阶梯面挑射水舌和掺气腔体等,与实验观测到的现象吻合。介绍了复杂水工建筑物的网格生成方法。本文的研究成果可以为设计提供参考依据。     

宽尾墩的泄洪消能效果与雾化影响

宽尾墩是行之有效的收缩式消能工体形,也经许多工程实践所证实.它消能效果和流态很大程度取决于体形设计.本文简要的论述几个体形参数的选择,同时也讨论了宽尾墩泄洪时雾化问题,并提出雾化影响计算公式和雾化防治观点.     

重力坝下游宽尾墩和消力池联合消能工水力特性试验研究

某水电站是目前采用＂宽尾墩＋消力池＂联合消能工中坝高最大的水电工程,加之流量大,洪峰频率高,泄洪建筑物运用频繁,其泄洪消能问题十分突出。本文通过水工模型试验研究,对表孔宽尾墩体型设计参数进行了优化,同时对比分析了长、短消力池的流态、水面线、压力分布、临底流速等水力特性,提出了一个水力学较优的消能工体型布置方案。实测结果表明,消力池底板时均冲击压力高达42.9（9.81kPa）,脉动压力高达10（9.81kPa）.恰当增加消力池长度对于降低消力池出池水流波动和减轻下游河道冲刷有利。试验成果已为实际工程的消能防冲设计提供了重要的参考依据。     

一种改善消力池底板压强分布的新型宽尾墩——XT型宽尾墩

宽尾墩与消力池组成的联合消能形式具有消能率高的特点，但也存在着消力池内的压强分布不均匀，最大冲击压强及动水压强集中度过大的问题。本文结合功果桥水电站整体水工模型试验，提出了一种新型的XT型宽尾墩，对于改善消力池底板上的压强分布，增强底板的稳定具有重要意义。     

宽尾墩及窄缝挑坎的水力计算

本文针对宽尾墩及窄缝挑坎等收缩水流要素,对于对称曲边墙收缩水流,用坐标变换方法提出了二维数学模型及计算方法。同时,对于对称直边墙收缩水流,提出了用极坐标系统的二维控制方程,并求解出这种水流参数,籍此解决了过去在处理边界问题上的难题,也提高了计算精度。     

非对称Y型宽尾墩体型对阶梯掺气空腔长度及负压的影响研究

为了研究Y型非对称宽尾墩体型对阶梯掺气空腔长度和空腔负压的影响,本文采用水气两相流VOF方法的三维RNG k-ε紊流模型,利用几何重建格式进行水气面附近的插值,速度与压力的耦合方式采用PISO算法,用非定常流算法逼近定常流的稳定解,对宽尾墩收缩比分别为0.598、0.497和0.445的Y型非对称宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池的阶梯掺气空腔长度和阶梯压力分布进行了数值模拟,模拟范围从上游库区至下游消力池尾坎。并对阶梯掺气空腔长度进行实验,将所得实验结果与模拟结果进行对比,发现计算阶梯掺气空腔长度与实测空腔长度基本吻合,最大误差为9.7%。模拟结果显示,随着非对称宽尾墩收缩比减小,阶梯掺气空腔长度逐渐增大,且侧收缩角较大一侧的空腔长度是侧收缩角较小一侧空腔长度的4~5倍。空腔负压随收缩比减小而减少,但阶梯负压分布范围逐渐扩大,各级阶梯外边缘均出现负压,空腔内最大负压出现在首级阶梯垂直固壁面上。     

明流泄洪洞布置形式对水力特性影响的数值研究

采用t-e紊流模型,并结合VOF方法,对锦屏一级水电站泄洪洞明流段的两种布置方案进行了数值计算.计算中对壁面粗糙度的合理取值范围进行了分析讨论.并就其对计算结果的影响进行了定性分析.得到了按正常泄量泄洪时"龙落尾"和.龙抬头"泄洪洞内压力分布、空化数分布、沿程水深及平均动能的变化.通过比较,认为.龙落尾"式布置方式缩短了需要掺气保护的洞段长度,可降低工程空化空蚀破坏的风险程度;而"龙抬头"式布置方式的防空蚀性能稍好.出口水流的能量也小,对下游河道的消能防冲有利.     

跌扩型底流消能工消能的试验研究

采用水力学试验方法,对跌扩型底流消能工的消能及其机理进行了初步分析和试验研究,详细分析了跌扩型底流消能工消力池内水流流态与水流结构,由此论述了该消能工的消能机理,又在试验成果的基础上从消减临底和临墙流速方面分析了跌扩型底流消能工的消能作用。研究成果表明,跌扩型底流消能工,由于跌坎和突扩的存在,大大减小了临底和临墙流速,提高了消能效果。