挑流式泄水建筑物水流挑角与坎顶高程的优选分析

挑流式泄水建筑物,在设计时,往往力图使水流挑距最远,以确保大坝或建筑物本身的安全。本文针对实际工程设计中可能遇到的两种情况,即:坎顶高程已定而挑角待选的情况,和坎顶高程与水流挑角二者联合优选的情况,进行论述。本文通过导得的公式,论证最优水流挑角,一般情况下,并不等于45°,同时,说明实际的水流挑角θ,一般情况下并不等于鼻坎的几何挑角α_H。对挑坎高程与水流挑角联合优选的情况,所提供的计算公式与曲线图,比较简便,便于实用.     

浅水流动环境中垂向缝隙射流的数值模拟

为探求浅水流动环境中缝隙射流的流动规律,提出射流的影响范围公式与流动转变条件.应用体积率（VOF）方法跟踪处理自由水面,利用重组化群（RNG）紊动动能-紊动耗散率（k-ε）模型,对浅水流动环境中垂向缝隙射流进行数值模拟.研究流速分布和自由水面位置,对比数值模拟与物理模型试验结果,分析流动转变条件.结果表明,计算结果与试验结果吻合较好,射流出口断面垂向流速分布符合半无限域中射流流速的衰减规律,流速场分布及自由水面位置在小流速比、临界流速比及大流速比下存在不同特性,自由水面隆起高度和流速比、水深比有关,射流对上游的影响距离随流速比增大而增大.     

燕尾挑坎近端水流挑射特性试验研究

通过物理模型试验,对不同来流条件下燕尾形挑坎近端水流挑射特性进行了研究,分析了挑坎前的断面平均流速、断面水深对近端水流挑射特性的影响,获得了近端水流挑射特性,尤其是近端水流出射角的变化规律。结果表明：燕尾坎近端水流出射角随断面流速降低而减小;随出出挑断面水深增加而减小。并由上述影响因素,分析了出口断面佛汝德数改变对内缘水流出射角的影响,得到了计算燕尾坎内缘水流出射角的经验公式,依据计算的水流出射角,采用自由抛体空中运动原理得出的内缘抛距与试验结果符合较好,为燕尾形挑坎的工程应用和下游水垫消能设计提供了必要的参考。     

挑流消能雾化范围的预估

根据所搜集到的泄洪雾化原型观测资料以及部分模型试验资料,在综合分析了影响雾化范围的各种因素的基础上,探讨了挑流消能雾化降雨区范围的粗估方法。分析结果表明：１）鼻坎水头与雾流降雨区范围之间存在一定的关系,在现有资料范围内,二者之间呈近似线性关系;２）空中碰撞消能导致雾化范围增加,在现有资料范围内,空中碰撞与不碰撞的挑流消能的鼻坎水头～雾化范围关系基本呈两条不同的线性分布;３）雾流降雨区宽度与长度之间存在近似正比关系。据此．文中给出了雾流降雨区长度与宽度的粗估公式。     

高水头大流量泄洪洞挑坎体型优化及下游冲淤研究

针对某水电站泄洪洞出口挑坎水力特性和下游河道冲淤特性进行了试验研究。结合水力参数和下游河道冲淤变化规律的测试,探讨了泄洪洞挑坎原设计方案存在的主要问题。对不同挑坎位置和体型进行了对比试验,分析了各个方案的优缺点,最终提出了水流条件、冲淤特性均较优的椭圆型挑坎。研究成果可为实际工程设计提供试验依据。     

掺气挑坎通气量试验研究(研究生论坛）

为了避免高速水流对过流面的空蚀影响,国内外高水头泄水建筑物多采用强迫掺气设施,同时必须保证掺气空腔内有足够的通气量。通过模型试验,从水力参数方面研究了掺气挑坎通气量的影响因素。试验结果表明,影响通气量的原因主要分为两方面：一方面为水体本身容纳气体能力,主要由水深决定;另一方面为水流从底空腔中吸纳空气的能力,主要由挑坎流速和底空腔长度决定。分析得出：水深较小时,水体本身所能容纳的通气量对掺气起主导作用;水深较大时,挑流水舌能从空腔中吸纳的通气量对掺气起主导作用。分析试验结果,综合考虑水体自身的容纳空气能力和底部临空面卷气能力两方面原因,提出了掺气挑坎通风量的经验计算公式,可作为泄水建筑物掺气挑坎理论计算参考公式。     

官帽舟水电站泄洪洞出口形式优化试验研究

运用官帽舟水利枢纽整体水工物理模型,对溢洪道、泄洪洞体形结构进行试验研究.针对原设计方案中水舌冲刷右岸边坡且冲刷深度较大的问题,提出了4种优化方案,通过试验成果比较后,选择方案Ⅳ为推荐方案对泄洪洞挑坎体形进行修正.通过调整挑流鼻坎边墙形状、出口宽度、挑坎角度以及增加差动墩的方法,优化了泄洪洞出口挑坎,使下泄水流更顺畅,消能更充分,满足下游两岸防冲要求.     

低坝消力戽的水流特性

本文阐述了在低坝中应用消力戽宣泄单宽流量１～５．５ｍ３／ｓ·ｍ时的下游水流流态演变规律及各种流态下的冲刷特性，并探讨了小流量初始泄流对下游河床的影响。得出的结论是：在适宜的水力要素及结构尺寸条件下，随着消力戽下游水位由低向高变化，依次出现与高坝中相同的水流流态。在溢流低坝中采用消力戽消能在技术上是可行的。     

黄河天桥水电站运行方式探讨

为了解决天桥水电站双层泄洪闸下游的面流消能衔接及流态转化问题,利用除险加固新增泄水建筑物提高了枢纽的泄洪能力.在一般洪水期采用双层闸底孔和新增泄水建筑物联合泄洪的运行方式,改善了大泄量时下游的流态和消能,扩大了下游面流的适用范围,并通过水工模型试验进行了验证,为工程泄洪调度和安全运行提供了重要的依据.但是护坦加长引起的面流界限水深的上移,在运行管理中应注意.     

垂直洞塞出口冲击区壁面压强特性

垂直洞塞作为一种新型消能工,其出口水流状态可视为淹没射流,出流区域为射流冲击区,受结构自身特点的影响,该类射流的流速大,射流冲击区壁面受到的压强大,为探索垂直洞塞出口冲击区附近有界区域内的壁面压强分布规律,为结构设计及水力设计提供科学依据,作者结合某大型泄洪洞工程,采用模型试验、理论推导及数值模拟相结合的方法,针对不同的出口射流流速及不同压坡位置,研究了垂直洞塞出口射流冲击区的壁面压强特性。结果表明：冲击压强的试验和数值模拟结果吻合良好;当轴线上压强测点同压强最大值处的距离和压强半宽值的比值小于1时,试验及数模得到的壁面压强与理论分析曲线贴合,但当该比值大于1时,且压坡段与射流中心之间距离和射流直径之比较小时,两者结果明显高于理论曲线,理论曲线此时不适用。定量分析表明：随着下游压坡段与射流中心之间距离的增加,底板轴线压强分布逐渐贴合理论曲线;当压坡段与射流中心之间距离和射流直径之比大于2.35时,冲击区下游压坡段位置对底板压强半宽值无显著影响,各试验组次中底板压强半宽约为射流直径的0.3倍;射流冲击区内,顶部和侧壁壁面的压强随着离射流中心的距离减小而降低,在泄洪洞上游封堵处压强达到最大值。     

表面介质阻挡放电等离子体流场PIV实验研究

为深入理解等离子体气动激励诱导射流形成的物理机制,采用微秒脉冲和正弦交变2种激励电源,在不同压力下进行了等离子体气动激励诱导空气流动的PIV实验研究,获得了表面介质阻挡放电（surface dielectric barrier discharge, SDBD）等离子体气动激励诱导流场。实验结果表明：微秒脉冲激励器放电均匀性优于正弦交变激励器放电;微秒脉冲SDBD诱导流场射流方向与正弦交变SDBD诱导流场射流方向相反,射流从植入电极指向暴露电极;11700Pa压力下微秒脉冲SDBD诱导射流流场具有双向性质,流场结构为∽型,并对SDBD体积力分布进行了分析。     

平面闸门有压出口段突扩突跌三维流场数值模拟

高水头平面闸门后接平坡明流段,且出口采用突扩突跌的掺气设施,其水力特性复杂,实际工程中研究及运用较少.结合设计采用该形式的龙开口水电站冲沙底孔,应用标准双方程紊流模型和VOF多相流方法对其流道流场进行了三维数值模拟,对闸门出口突扩突跌段特性、平坡泄槽段水力特性进行研究,并将部分结果与模型试验成果进行比较,两者符合较好.通过数值模拟与模型试验相互验证对其体型进行优化,提出闸门段压力分布均匀的出口收缩方式、出口加挑坎的跌坎掺气体型,在平坡泄槽上取得了良好的掺气效果,为工程设计提供参考.     

渥奇面上掺气挑坎位置的试验与数值计算分析

采用了紊流模型对设掺气挑坎的渥奇面流场进行了计算,并通过试验验证,发现该模型可较精确地模拟挑流流场和掺气空腔.同时结合试验资料,对掺气挑坎的布设位置进行了研究,得出了相同体型和水力条件下挑坎布于渥奇段下游优于上游的结论,前者流态稳定,散水减弱,下游掺气较佳,可成功解决渥奇段下接高速水流区的掺气减蚀问题,该模型和位置优化结果对掺气挑坎设计选型及布置有指导意义.     

表中孔水舌空中碰撞消能试验研究

通过模型试验，研究了碰撞角和流量比与碰撞消能效果的关系，提出射流碰撞的主要作用在于分散水流，在确定流量比是不必拘泥于流量比等于1的传统思路，采用小股射流碰撞大股主射流，同样能起到分散水流的作用，改善下泄水流进入水垫塘时的入流条件，从而提高碰撞消能效果，试验表明，在碰撞角较大时，中表孔流量经达到0．2时即可使水舌充分散裂。     

Impingement capability of high-pressure submerged water jet: Numerical prediction and experimental verification

At jet pressures ranging from 80 to 120 MPa, submerged water jets are investigated by numerical simulation and experiment. Numerical simulation enables a systematic analysis of major flow parameters such as jet velocity, turbulent kinetic energy as well as void fraction of cavitation. Experiments facilitate an objective assessment of surface morphology, micro hardness and surface roughness of the impinged samples. A comparison is implemented between submerged and non-submerged water jets. The results show that submerged water jet is characterized by low velocity magnitudes relative to non-submerged water jet at the same jet pressure. Shear effect serves as a key factor underlying the inception of cavitation in submerged water jet stream. Predicted annular shape of cavity zone is substantiated by local height distributions associated with experimentally obtained footprints. As jet pressure increases, joint contribution of jet kinetic energy and cavitation is demonstrated. While for non-submerged water jet, impingement force stems exclusively from flow velocity.     

超高压纯水射流除锈机的数值模拟

利用气液两相混合模型,对超高压纯水射流除锈机真空工作腔内射流冲击区的流场进行了数值模拟.数值计算结果表明:靶距(清洗机喷嘴到除锈作业面的距离)的优化范围为7-15 mm;高速射流的打击力和剪切力随靶距的变化而变化,它们在靶距15 mm时到达峰值,该结论已被试验所证明;k-ω模型的稳定性和收敛性在所采用的紊流模型中是最好的,计算机时也最少,最经济.     

液滴撞击加热亲水管壁后的反弹和中心射流

采用高速摄像机拍摄水滴撞击加热亲水管壁的动态过程,研究在不同撞击速度（韦伯数）和壁面温度下,液滴撞击后出现的液膜反弹和中心射流现象. 不同于液滴撞击常温亲水管壁,液滴撞击加热亲水管壁后会反弹. 在曲率比（液滴直径与管外壁直径的比值）为0.15,撞击速度为0.47~1.40 m/s,壁面温度为20~305 ℃的条件下,观测到“回缩?反弹”“铺展?反弹”和“破碎?反弹”3种反弹形式,总结其发生条件. 壁面温度是决定液滴撞击后能否发生反弹的关键因素,壁面温度和韦伯数均对“破碎?反弹”的产生有显著影响. 从重力、惯性力和气化反作用力角度分析产生快速“铺展?反弹”现象的原因. 分析中心射流形成原因,发现增加壁面温度和韦伯数有利于不完全中心射流的形成.     

库尔滨河乌宋岗水电站溢流坝挑流设计

对溢流坝挑流设计中挑坎的形状、反弧半径、挑坎顶高程、中墩尾墩位置等方面进行分析，并通过水工模型试验验证，说明乌宋岗水电站溢流坝挑流设计是合理的。     

Hydraulic drill hole reaming technology with large flow and draining of coal mine gas

This paper takes Zhaozhuang mine in Shanxi province as an example to study the technology of hydraulic reaming drill hole for improving the gas extraction. The influence of the physical properties of coal seam on the hydraulic reaming drill holes and the draining of coal mine gas were analyzed and discussed for different coal structure areas, and the following conclusions were made. Hydraulic drill hole reaming has had a positive impact in Zhaozhuang Mine, and can improve the efficiency of gas extraction to different degrees. The water jet pressure used in hydraulic drill hole reaming mainly depends on the structure of the coal. When the coal seam basically becomes integrated, the critical water jet pressure increases, the discharge becomes relatively easy to achieve, the blocking effect on the gas extraction decreases, and the gas extraction significantly increases after the reaming process. When the coal seam is broken, the critical water jet pressure decreases, the discharge becomes difficult to achieve, the blocking effect on the gas extraction becomes obvious, and the gas extraction changes slightly after reaming.     

新型射流消能的流态演变与极限临底流速研究

本文列举了多个水电站采用挑流及底流消能的应用情况及泄洪雾化特点。针对向家坝水电站所采用的多股多层水平淹没射流的消能型式,分析了影响其效率效果的17个物理参数。表孔单独泄洪条件下,消力池内分别呈自由射流、半潜射流、淹没射流及回复底流的流态演变;中孔单独泄洪条件下,随下游水位的变化,其出现偏流,并随下游水位的升高而消失,同时空间扩散比对其流态演变影响明显;联合泄洪,下游水位对其流态演变影响明显,同时表孔适当收缩对流态改变影响明显。研究表明：表孔单独泄洪,影响其最大临底流速的参数为出口跌坎高程和水流弗氏数;中孔单独泄洪,影响最大临底流速的参数主要为出口跌坎高程和跌坎底坡比;联合泄洪,影响其最大临底流速的为表孔收缩比、表孔侧收缩比、表中孔出口高程差、表中孔出口水流弗氏数及中孔跌坎底坡比。本文展望了高水头大流量低雾化泄洪消能的研究前景。