收缩式洞塞泄洪洞的消能和空化特性

摘要：本文结合某大型水电工程,采用试验和数值模拟相结合的方法,研究了收缩式洞塞泄洪洞的消能特性和空 化特性。常压模型试验表明,通过设置两级洞塞及其他附属设施,整个泄洪洞总消能率超过了67.3%,两级洞塞 的总消能率达到36.0 %,洞塞的消能效果十分显著。减压实验表明,通过对洞塞体型的精细优化,泄洪洞有压段 可以避免发生空化,洞塞本身具备一定的抗空化能力。通过数值模拟,揭示了泄洪洞有压段的流速场、压力场特 性,直观地表明洞塞的突缩突扩作用形成了大体积的水流紊动,从而达到消能的目的。     

洞塞泄洪洞的水力特性研究

本文提出的洞塞式消能工与孔板非常相似，充分利用高速水流经过局部突缩突扩断面产生巨大水头损失实现消能，但体型简单，洞塞内水流相对平稳，消能率很高。本文较为详细地介绍了洞塞消能的特点、洞塞泄洪洞的布置型式和水力学计算。水力学模型试验成果与计算结果非常吻合。     

导流洞改建为洞塞式泄洪洞的体形优化研究

介绍了国内外洞塞式内消能工的研究与进展,以大渡河泸定水电站为例,在常压和减压试验的基础上,分析了3种体形洞塞式内消能工的泄流能力、消能率和空化、空蚀特性。认为该种内消能工是适合于高水头、大流量高坝建设的新型消能工,在导流洞改建泄洪洞中有广泛的应用前景。     

组合式洞塞消能工的数值计算

为了提高洞塞内的最小压强,扩大洞塞式消能工的应用范围,提出了一种新型的内流式消能工———组合式洞塞消能工,并用k ε模型计算了组合式洞塞消能工的水力参数.计算结果表明,与洞塞式消能工相比,组合式洞塞消能工能显著提高洞塞内的最小压强和水流空化数,并且不会明显降低消能率.     

渐扩式泄洪洞出口水流模拟及空化 特性预测研究

为了获得泄洪洞出口段在高速水流情况下的水流特征,分析空化及其对结构可能存在的空蚀破坏影响,本文采用了VOF（Volume Of Fluid）方法,并结合Realizable k-ε紊流模型,对泄洪洞水流进行了三维数值计算。计算获得了压强、流速及水深的三维分布参数,并将部分计算结果与设计值验证,吻合较好。通过引入自定义函数方式计算了整个流场的空化数,获得了泄洪情况下泄洪洞高速水流空化数分布规律及易发生空化空蚀的区域。     

泄洪洞两级孔板宣泄含沙水流消能及空化特性的原型试验研究

本文给出了碧口水电站排沙洞两级孔板消能效果及空化特性的研究成果。原型观测表明,两级消能孔板总的水头损失达原水头的30-45％,其消能效果是显著的,浑水时消能孔板初生空化数的量级接近于4.0。在孔板设计时,需认真考虑由于设置孔板引起的水流空化问题。试验说明,与清水相比,水流挟沙后对消能和防止空化是有利的。     

洞塞间距对多级洞塞消能影响的数值模拟研究

对于多级洞塞泄洪洞而言,上下级洞塞之间的合理间距影响到洞塞消能能力的发挥,因此有必要研究多级洞塞中上下级洞塞之间的合理间距。采用数值模拟手段,研究了上下级洞塞之间的间距问题。研究结果表明,当孔径比在0.4～0.8范围内,只要上下级洞塞之间的间距达到5.7D以上,各级洞塞均能充分发挥各自的消能能力。研究结果可为多级洞塞设计提供参考。     

洞塞消能的数值模拟

应用标准k-ε双方程模型对洞塞消能工进行了数值模拟计算。数模的结果与试验结果和经验公式计算的结果很相近，误差小于5%。这说明应用标准k-ε双方程模型计算洞塞消能是可行的。在验证的基础上，用数模对洞塞消能工的布置进行了优化，并给出了各级洞塞布置的最短距离。     

唐家湾水库非常泄洪洞消能设施的优化

对唐家湾水库非常泄洪洞的消能效果进行了分析,通过试验优化了消能设施,提出了高效可行的设计方案,节约了工程成本。     

黑河水库“龙抬头”式泄洪洞出口消能问题的研究

简要介绍了“龙抬头”式泄洪洞的特点，并以黑河水库泄洪洞为例，着重介绍了试验研究洪消能问题，在体型轮廓上和原导流洞完全一致，减小了二期工程量，对降低工程造价，加速工程进度有重要的经济效益。     

扭曲鼻坎对泄洪洞挑流消能的影响研究

针对某泄洪洞挑流水舌对下游河道产生不利影响等问题,开展了基于扭曲鼻坎调整射流方向的水力模拟试验研究。通过对几种扭曲鼻坎的优化研究,发现采用降低挑坎高程的大转角贴坡扭曲鼻坎布置,可以合理调整水舌方向,理顺下游河道形态,消除了右岸涌浪和边岸淘刷威胁,同时又解决了泄洪洞过渡期洞内水跃闷顶问题。研究成果对泄洪洞出流的消能防冲设计有一定的借鉴意义。     

黄金坪水电站泄洪洞无压段出口水流的消能研究

泄洪洞出洞水流如果处理不好,易发生消能结果不能满足设计要求的情况。结合黄金坪水电站1号泄洪洞单体水工模型实验的研究,提出一种适合该工在泄洪需要的连接方式——抛物线连接,同时修改消力池的形状。实验表明,该修改方案能够很好地改善下泄水流的流态,并能使消力池内发生完整水跃,消能结果符合要求。图3幅。     

无压输水洞洞内消能优化研究

通过西藏旁多水利枢纽灌溉输水洞水力学模型试验,对无压输水洞洞内消能及消能工优化展开了研究.结果表明,下挖式消力池能较好地解决无压输水洞洞内消能问题,同时,在满足消能防冲要求、确保工程安全的情况下,应尽量使消能工的体型简化,以利施工及运行后维护工作的进行.     

竖井进流水平旋转内消能泄洪洞水力特性的数值模拟

本文采用Realizable 紊流模型,结合自由水面处理技术的VOF方法及非平衡壁面函数法,对竖井进流水平旋转内消能泄洪洞的水力特性进行数值模拟,得到了自由水面、空腔直径、压强、流速、旋流夹角、消能率等水力特性的变化规律.把数值模拟与模型试验的结果进行对比后可以看出,采用该紊流模型、合适的边界条件与数值方法,能够较好地模拟这种强旋流、强离心力效应和各向异性的复杂的空腔旋转流动,数值模拟所得的各种水力特性,从变化趋势到数值精度可满足这种旋流内消能泄洪洞体型初步设计与优化的要求.     

隧洞洞内新型消能试验研究

本文通过试验研究,分析悬栅消力池的消能特性,加栅前后消力池的消能率、消力池内水深及消力池下游明流洞内涌浪的变化.     

杨房沟水电站泄洪消能设计

杨房沟水电站坝址河谷狭窄,洪峰流量大,枢纽最大泄洪功率为10 960 MW,在国内拱坝中处于较高水平.水电站泄洪消能采用“坝身表、中孔泄洪+坝下水垫塘”布置型式.文中通过方案比较,泄洪建筑物采用3个表孔和4个中孔的坝身集中泄洪方案,下游消能建筑物采用水垫塘+二道坝方案.表孔出口采用收缩型式、中孔出口采用收缩型式的宽尾墩.结合泄洪雾化分析,对水垫塘两岸边坡采用混凝土护坡、喷锚支护和排水孔等措施.     

皂市水利枢纽泄洪消能建筑物水力设计

根据坝址水文特性、规划要求及工程地形、地质条件,皂市水利枢纽泄洪消能设计采用了表、底孔相间布置联合泄洪、表孔宽尾墩底流--底孔射流--消力池联合消能的型式,适应了渫水洪水陡涨陡落、水位变幅大、泄流量大、防洪调度运行条件复杂及消能区地质条件差等特点,成功地解决了中水头、大单宽、低佛氏数消能问题,完善了枢纽坝后式厂房布置方案,并且满足了尽可能不扰动下游右岸水阳坪滑坡体的要求.     

枕头坝电站江沟泄洪洞出口消能防冲设计

枕头坝一级水电站江沟弃渣场泄洪洞出口消能工处的地形、地质条件复杂。存在诸如地形狭窄,建筑物布置空间有限;水流出口左岸为公路,须避免泄洪水流对公路安全产生影响;消力池内覆盖层较厚,难以布置护坦等技术难题。经过多方面分析比较,确定了异型挑坎+多面体消能工方案,成功解决了洪水归槽难,以及深覆盖层河床消能防冲等问题。     

江垭碾压混凝土重力坝泄洪消能结构设计

碾压混凝土筑坝由于采用大型机械连续施工,需要大的施工仓面且作业面少有孔洞,便于加快工程进度和提高工程质量.防洪工程因为水库消落深度大,洪水宣泄流量大,需要设置较低的坝身泄洪孔口和消能工.根据江垭碾压混凝土坝的特点,设计了对坝体施工影响小,适应于峡谷地形的高低坎大差动挑流空中碰撞消能工.