台阶式溢洪道滑行水流压强特性的试验研究

模型试验表明，台阶式溢洪道滑行水流压强在台阶上的分布规律是：在水平面，压强从台阶凹角向凸角先逐渐减小，其最小值在距凹角(0．3～0．5)倍步长处，然后开始回升，至(0．7～0．9)倍步长处压强升至最大，在凸角处又有所降低。竖直面，从凹角向上压强值由大逐渐减小，在步高为(0．5～1．0)范围内为负压区，负压值沿高度方向逐渐增大，至凸角下缘负压值最大。在沿程方向，压强呈波浪式分布，在相邻台阶上出现波峰和波谷。脉动压强强度和压强系数的变化规律与时均压强一致，且随来流量和台阶坡度增大而增大，在x／L1≤0．4～0．5以前脉动压强强度沿程增大，随后有所减小。脉动压强的优势频率在0～2Hz之间，概率密度为偏态分布。     

台阶式溢洪道滑行水流消能特性研究

台阶式溢洪道消能率无法详细反映其消能特性,为了突出反映台阶消能作用,从总消能水头中扣除光滑溢洪道原有消能水头得到纯台阶消能部分,计算了单位高度纯台阶消能率,以及台阶消能所占总消能的比重。结果表明:滑行水流的单位高度纯台阶消能率约为0.80%/m~0.83%/m,与单宽流量和台阶数目均无关,随台阶高度增大增幅为4.5%;纯台阶消能所占总消能比重随单宽流量增大而增加,随台阶数目增多而减小;此外,还对单宽流量增加时消能率下降的原因进行了探讨。结果分析表明:大单宽流量消能率下降是由于光滑溢洪道能作用降低而纯台阶消能不变导致的。     

台阶式溢洪道的研究与发展

台阶式溢洪道因其显著的消能、掺气效果而倍受工程界的关注。本文论述了台阶式溢洪道流态、掺气和消能等研究成果及现状，指出了其存在问题和发展趋势。     

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。     

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。     

台阶式泄槽溢洪道设计方法综述

台阶式溢洪道因其显著的消能、掺气效果而倍受工程界的关注.在许多试验研究的基础上,提出了台阶式泄槽溢洪道泄槽及降低护坦式消力池的水力计算方法.台阶式溢洪道泄槽的设计主要包括泄槽倾斜角度、台阶高度和长度确定、泄槽边墙高度确定、台阶上的压强计算及防空蚀破坏措施的确定3部分.尽管台阶式溢洪道受到世界各国水利界人士的强烈关注,并进行了大量的试验研究,但目前对于台阶式溢洪道的系统计算方法研究尚未看到报道,因此,对台阶式溢洪道系统计算方法的研究具有重要的现实意义.     

台阶式溢洪道滑行流相对水力特性规律研究

台阶式溢洪道消能效果显著、能大大减小下游消力池的尺寸、节省工程量和投资,但其水流规律复杂。本文对比研究了台阶式溢洪道和同体型的光滑溢洪道,并引入台阶式溢洪道相对流速、相对弗劳德数、相对消能率等3个相对水力参数。通过模型试验,分析了台阶式溢洪道流速、弗劳德数、消能率等常规水力参数及3个相对水力参数沿程变化规律、相对临界水深及溢洪道坡度对常规及相对水力参数的影响。分析结果表明:台阶式溢洪道常规水力参数沿程呈复杂的曲线变化规律,相对临界水深及坡度对常规水力参数的影响亦较为复杂,不便应用;台阶式溢洪道相对水力参数沿程表现出良好的线性相关关系,相关系数平均值为0.9887～0.9944;相对水力参数均随相对临界水深的增大而减小,随溢洪道坡度的增大而增大。通过对台阶式溢洪道相对水力参数沿程线性规律的定量分析,并结合光滑溢洪道成熟的水力计算理论,可为台阶式溢洪道复杂水力特性计算提供新方法。     

台阶式溢洪道滑行水流消能特性研究

台阶式溢洪道的消能特性是研究的热点方向,而单纯的台阶式溢洪道消能率并不能有效反映台阶在消能方面的价值。将台阶式溢洪道和同体形光滑溢洪道的消能规律进行对比,可以准确反映出台阶结构对水流消能的贡献。通过对26.56°、38.66°、51.30°三组坡度,0.5、1.0、2.0 m三种台阶高度的台阶式溢洪道进行水工模型试验研究,探讨了不同台阶高度(d)、单宽流量(q)、坡度(θ)下相对消能率(Δη)和台阶流程长度与水深比(L/h)的关系。结果表明:台阶水流为滑行流态时,在非均匀流段上相对消能率和台阶流程长度与水深比呈线性关系,复相关系数R~2在0.984 6~0.996 2之间,直线斜率随单宽流量、台阶高度、坡度的增大而增大。试验分析证实了研究相对消能率的必要性,Δη和L/h的线性关系为进一步探究台阶的消能特性提供了依据。     

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。     

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。     

台阶式溢洪道滑掠流时均压强影响因素分析

由于台阶式溢洪道结构特殊,流态复杂,对台阶式溢洪道压强并未取得一致性的研究成果。对多个台阶式溢洪道滑掠流时均压强资料进行分析,探讨来流流量、掺气、台阶尺寸、溢洪道坡度等对台阶式溢洪道时均压强的影响。分析结果表明单宽流量大,时均压强变大;掺气可有效降低正压时均压力并增加负压值;台阶尺寸对台阶式溢洪道的影响较为复杂,台阶尺寸较小,且坡度较缓时竖直面压强呈中间小、两头大分布,坡度较大时具有2个压力极小值,位于竖直面底部和顶部,台阶尺寸较大时竖直面压强自下而上呈减小趋势;坡度增加,台阶式溢洪道压强变化幅度增大。     

台阶式溢洪道消能

可消能的溢洪道可以减小坝下游冲刷，从而降低了消力池的费用。混凝土坝，特别是碾压混凝土坝，将做成台阶式坝面。水流流过粗糙或台阶式坝面可以消掉大部分能量。人们发现，一旦达到均匀水深时，能量损失与坝面长度成比例，即是说，能量损失增加等于坝高增加。因此，能量损失比率不仅随台阶形状而变，而且随坝高而增加。本文对推导出一个能量损失公式并用模型试验作出的评价加以讨论。高程不断降低的阶型瀑布，可以应用于低坝及石笼堰，在此也作了讨论。     

重力坝台阶式溢洪道的设计

重力坝台阶式溢洪道的设计李国润，华国祥编译（四川联合大学，成都，６１００６５）１前言１９８２年美国建成第一座全碾压混凝土重力坝—柳溪坝。该坝溢流面采用了台阶型式。实践表明，采用台阶式溢洪道可以在溢流面上消耗水流能量，减少下游消力池工程量。并且，当大坝...     

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。     

台阶式溢洪道消能特性的研究

结合斯木塔斯水电站台阶式溢洪道水力学模型试验结果,引入了相对消能率和单宽消能功率,总结了台阶高度、单宽流量与消能率、相对消能率和单宽消能功率的变化规律,重点研究相对消能率的变化规律。研究表明,流量增加时台阶溢洪道的相对消能率和单宽消能功率逐渐增大,表明台阶所起到的消能功效增强了。     

台阶式溢洪道流态的变化

根据大尺度的试验设备所进行的实验研究，证实了台阶式溢洪道过渡流态的存在。     

努尔加水库台阶式溢洪道水力特性的研究

本文主要介绍努尔加水库台阶式溢洪道的试验研究成果。通过模型试验,对单宽流量在24.17—118m3/s.m的台阶式溢洪道的台阶坡度,高度和水力特性认识更加深入。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。     

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.     

大坝溢洪道的台阶式护固块

作为斜槽式溢洪道施工和防护土石坝免受漫顶水流冲蚀的成本低廉的方法,台阶式块体防护有很大的潜力。英国建筑工业研究与情报协会(CIRIA)为了制定设计指南,正在对由苏联通过大量模型研究和原型试验所发展的设计实践进行评价。英国和美国的坝工工程师们对于将台阶式护固块用于辅助溢洪道,以增加现有大坝不足的溢洪道容量,尤感兴趣。本文将讨论这些研究成果和所得到的经验。