台阶式溢流坝的消能设计与试验

由于台阶式溢流坝坝面台阶的存在,使下泄水流在台阶之间形成横轴旋滚,并与坝面主流发生强烈掺气作用,使水流紊动加剧、掺气增强,大大减少了下泄水流的能量,改善了坝址处的水利条件,使坝下游的消能设施得已简化.结合光明水电站水工模型试验,对消能率进行了研究,结果表明:影响台阶坝面消能率的主要因素为台阶坝高、台阶的突出高度、台阶坝的坡度和单宽流量.同时推导出消能率的计算公式.该公式可为相关设计提供参考.     

台阶式溢流坝面水力消能计算方法探析

文章结合河南省内乡县打磨岗灌区烟草水源工程雲露湖水库碾压混凝土大坝台阶式溢流坝面设计,采用两种计算方法,对三种不同台阶尺寸的坝面消能效果进行了水力计算。其结果表明,台阶式溢流坝在一定的下泄流量范围内,由于台阶间形成强烈的横向漩滚、水流掺气,显著提高了坝面的消能效果,但随着泄量的增大,消能率逐渐降低,也即小流量情况下消能效果好,大流量情况下消能效果差,故台阶式溢流坝适宜在单宽流量不大的情况下采用。     

台阶式溢流坝的消能试验与计算

对台阶式溢流坝进行了不同比尺、不同台阶高度的水力模型试验。试验成果分析表明，不同比尺模型的消能率一致性较好。同时，从台阶式溢流坝因下游坝面台阶的存在，增加了下游坝面糙率的观点出发，求得了台阶式溢流坝消能率的计算公式，可用于台阶式溢流坝消能率及其坝下游水流衔接计算。     

掺气分流墩阶梯溢流坝面水力特性试验研究

对有掺气分流墩和无掺气分流墩的阶梯溢流坝面流场进行了对比试验研究。通过对压力、掺气浓度和消能效果等的分析和讨论，得出了掺气分流墩的增设将消除或降低阶梯凹角内和立面上的负压，显著增加了坝面水流的掺气量和掺气范围并提高了阶梯坝面消能率等重要结论。本研究为在大单宽流量下如何提高阶梯式溢流坝的消能率和防止空蚀破坏等方面进行了探索。     

东西关台阶溢流坝的水力特性

根据东西关水电站右岸台阶溢流坝体型，对４种不同的台阶坝面进行了试验研究。试验结果表明：台阶式溢流坝面通过台阶之间形成的水流旋滚及水流掺气，可大量消散泄流能量，在溢流面设台阶是一种有效消能工，但不宜在大单宽注睛采用。对东西关电站溢流坝来主，其坝面为台阶式是可行的，台阶上台压值一般较小，坝面可不设勇气设施。     

曲线型阶梯溢流坝坝面掺气发生点位置的确定

 曲线型阶梯溢流坝坝面形成掺气水流，是阶梯溢流坝具有较高消能率的重要原因之一，故掺气初生点位置的确定，对阶梯尺寸的选择有重要的影响。根据在大型钢架玻璃水槽中，对4种不同阶梯尺寸的曲线型阶梯溢流坝系统试验结果，分析了坝面掺气的机理，给出了确定坝面掺气初生点位置的计算公式及曲线。     

台阶式溢流坝水力特性初探

本文结合嘉陵江东西关水电站枢纽右岸台阶式溢流坝坝型，对四种不同台阶型式坝面的流态、消能效果及台阶上时均压力分布进行了实验研究。其结果表明，台阶式溢流坝在一定的下泄流量范围内，由于台阶间形成强烈的横向漩滚．水流掺气．显著提高了坝面的消能效果，台阶上的时均负压值一般不大，但在较大的单宽流量下，由于坝回流速较大，仍易发生主化现象，故台阶式溢流坝适宜在单宽流量不大的情况下采用。     

新疆某水电站溢洪道台阶段水工模型试验研究

通过建立溢洪道物理模型,在台阶坡度恒定条件下,试验采用0.65、1.0和1.3 m三种台阶高度,研究不同水位下的消能效率、掺气状况及水流流态,研究表明:同一台阶消能率与单宽流量成反比,单宽流量越大,消能效果越差;对不同台阶高度,台阶高度越高,消能率也越大。增加掺气坎,可使水流充分掺气,水流流态良好,可保证台阶面安全可靠运行。     

台阶坝面消能水气两相流数值模拟

 采用VOF法模拟自由表面,用非结构网格来处理复杂的边界形状,并根据边界形式进行适当的分区,利用k-ε气液两相流模拟光面和台阶溢流面的流场,得到了溢流面的流场、水面线以及消能率等相关水力参数。数值模拟试验结果表明,台阶溢流坝面水流紊动掺气充分,消能率较高,并与物理模型试验结果进行对比分析,二者吻合良好。     

阶梯溢流坝自掺气水流的数值模拟

从两相流基本方程出发，建立了适用于自掺气水流的数学模型，用明渠自掺气水流进行验证。应用此数学模型模拟计算了阶梯溢流坝面水气两相流的流速场、初始掺气点及消能率等参数，得出了初始掺气点的位置随流量的增加而下移，消能率随流量的增加而减小的结论。