高水头深覆盖层土石围堰过流保护试验研究

为解决高水头深厚覆盖层河流上土石过水围堰的安全度汛问题,以双江口水电站过水围堰为例,通过1∶60的水工整体模型试验,对不同围堰体型及围堰防护方案进行了试验研究。试验结果表明,对于高水头深厚覆盖层土石过水围堰,当下游水深过低时,在堰面上设置消能防冲平台并不能达到水流消能的目的,可通过对围堰堰脚下游的河床进行防护,使冲坑远离堰脚,以保持过水围堰的整体稳定性。研究成果可为类似工程提供参考。     

土石过水围堰溢流风险分析的Monte-Carlo模拟方法

基于过水围堰下游护坡稳定性分析、实际观测资料和模型试验的研究成果，在分析土石过水围堰道流工况的基础上，建立了溢洪堰面抗冲刷的风险率模型，提出了风险率的Monte—Carlo计算方法。通过模型试验的对比论证分析，说明溢流风险率计算模型和计算方法是可行的、有效的，为土石过水围堰堰体下游护坡结构和消能防冲设计提供了理论依据。     

高坝块体护底水垫塘水动力特性研究

为寻求水垫塘防护理念上新的突破,结合目前研究现状,针对高坝挑流消能防冲护底问题,采用模型试验与数值模拟相结合的手段,分析和模拟了挑流消能的关键问题——塘消能与冲刷过程,比较了传统平底水垫塘和块体护底水垫塘的水流形态、塘内水面线、流速分布及底板压力,得出冲击区的抗冲块体能明显降低水流对结构的破坏能力,块体护底水垫塘可缩减传统水垫塘尺寸。     

过水围堰混凝土面板水流脉动压力试验研究

针对过水土石围堰泄流时水流脉动压力作用对混凝土面板稳定非常不利的问题,以功果桥围堰为例,做了多个流量下的模型试验,获得了脉动压力强度等脉动压力特征值和脉动压力功率谱图,并结合试验中出现的不同水流流态,分析了相应的脉动压力变化规律。结果表明,水流脉动压力特性与水流流态变化特性一致。     

基于FLOW-3D软件的块体水垫塘消能机理数值模拟

针对目前高坝水垫塘形式存在的缺点,采用FLOW-3D软件模拟了块体与平底水垫塘内水流的运动特性,结合平底水垫塘的消能机理,对比分析了块体水垫塘的水流流态、流速衰减和消能率等。结果表明,块体水垫塘消能效果较好,数值模拟方法准确性较高。     

山区弯道水流特性及消能选型

山区弯道水流特性复杂,消能工布置困难,为确定其适宜的消能工型式,分析了山区河流水流特性及工程中常用消能型式,并结合水工模型试验研究了不同消能工布置下弯道水流流态及消力池出口流速分布,提出在弯道出口处设置消力池加辅助消能工(消力墩+异形坝)的工程措施。结果表明,在消力池内设置消力墩和异形坝后,水流流态得到很好的改善,出池水流流速分布均匀,消能效果更好。     

供水管路系统结构紧凑型高效消能器的水力特性研究

供水管路系统初期充水或设备检修后,在管路末端充水过程中需在有限空间内通过消能设施消减上游大量水流能量。针对传统内消能工占有较大空间或水流需较长的恢复长度等问题,提出了一种新型结构紧凑型高效能消能器,通过水工物理模型试验,研究了消能器过流能力特性和脉动压力特性,并通过数值模拟研究了消能器的水流空化特性。结果表明,该种消能器采用多层次的消能措施,优化布置了内部体型结构,占用极小的空间的同时具有较高的消能率,且空化性能良好。     

平板闸门闭门过程水流流态数值模拟研究

本文以某水利枢纽工程多道闸门为研究对象,采用VOF方法、UDF命令与动网格技术对其进行了数值模拟,得到了平板闸门闭门过程的水流流态与压力分布,发现随着开度减小,速度先增大后减小,压力先减小后增大,最值区域出现在开度0.6～0.7之间,最小平均压力27866Pa,最大平均压力36754Pa,揭示了水流流态与压力分布规律,随闸门开度减小会出现旋涡与水体分流现象,上下游顶缘压力均先减小后增大,下游底缘压力顺水流减小,上游底缘压力顺水流方向先减小后增大。研究了入口速度对水流流态的影响,发现入口流速不同对流道速度值有一定影响,对水流流态分布没有影响。     

齿墩式内消能工的水力特性数值模拟研究

为了进一步研究齿墩式内消能工的水力特性,采用数值模拟方法,利用Gambit软件建立齿墩式内消能工的计算网格,借助Fluent软件中RNGκ-ε双方程紊流模型对水流流动进行数值模拟,物理模型试验结果与数值模拟结果吻合较好,并在此基础上利用数值模拟方法分析了齿墩式内消能工的压强、流速、消能率及过流能力等水力特性。结果表明,在齿墩入口处管道中心附近的压强明显小于管壁的压强,进入齿墩段,压强骤降形成低压区;在齿墩下游0.1 D(D为管道直径)处压强降到最低,之后开始恢复,并逐渐趋于平稳,压强恢复区长度约为3 D;在齿墩末端正后方形成漩涡回流区,漩涡长度约为1.2 D,之后流速分布趋于均匀;与相同面积收缩比的洞塞式内消能工相比,虽然消能率相应降低,但其流量系数的增幅大于消能率的减幅,有利于缓解过流能力与消能效果的矛盾。     

公明水库进库闸环形溢流消力池水力特性研究

底流消能型式在水利工程中被广泛应用,但随着现代工程技术的发展,现有的矩形消力池、梯形消力池已不能完全满足工程需要,根据重力相似准则设计几何比尺为1∶10的水工模型,采用模型试验与Flow-3D数值模拟相结合的研究方法,以公明水库进库闸消力池为例,对环形溢流消力池的流态、泄流能力、流速、压强与消能率等水力特性进行研究。研究表明,溢流竖井内水流呈漩涡上升,溢流跌水呈贴壁流,消力池内无法形成完全水跃;环形溢流竖井泄流能力较等宽度等堰高的宽顶堰略小;溢流跌水在约11.80m的落差内迅速增大至12.60m/s,但水流跌入消力池后流速迅速减小,出池流速在1.70m/s内;消力池底板脉动压强最大值不会超过水流自身水位落差;环形溢流消力池综合消能率可达80.38%。由此可见,环形溢流消力池虽然在流态、流速分布、压强分布上不同于常规消力池,但同样能达到较好的消能效果,可供类似工程参考。     

某工程吹填泥沙堆积数值模拟及施工方法优化

在实际近岸吹填工程中,由于无法形成有效的围堰保护导致吹填沙流失、水质污染等严重后果,进而影响施工项目的整体建设,故利用Mike21FM和Mike21ST模型对非洲某吹填工程进行数值模拟,得到该吹填工程附近海域的水面线、流速、泥沙淤积等流场数据,并基于模拟结果对施工方法进行改进。结果表明,施工期间,排沙管口附近水面高程会产生波动且管口两侧流速较大,致使排沙方向偏移,影响最终吹填效果;优化后的施工方法可有效完成吹填任务。     

阶梯溢流坝过渡台阶体型水力特性研究

鉴于阶梯溢流坝采用台阶消能具有较好的消能效果,且阶梯溢流面与WES曲面的衔接处常采用过渡台阶可改善水流流态,采用数值模拟计算与模型试验相结合的方法,分析了四种不同过渡台阶体型下的阶梯坝面水流流态、流速、掺气起始点位置、掺气浓度和消能率等水力特性。研究结果发现,方案2、3、4在流态方面稳定,流速方面有一定的减小,消能率方面显著提高,但方案2、3在掺气起始位置方面略微下降。为此对方案4内凹型的过渡台阶的设置进行3种工况下的试验研究,证明其具有较好的工程价值和研究意义。     

消力池渐变段体型对消能效果的影响

针对黄金坪泄洪洞消力池受地形地质条件的限制,消力池长度明显不足、水跃跃首流态较差、消能效果不理想的问题,通过水力学模型试验,调整优化了泄洪洞出口跌坎高度、挑角及坡度体型,并观测了消力池水流流态、水面线、临底流速、底板压强、出口流态和流速等水力特性指标。结果表明,与原设计方案相比,调整体型后的消力池流态得到了很好地控制、消能效果增强,消力池出池水面跌落和流速均有所减小,各项水力学参数指标满足设计要求,通过体型优化实现了在原有消力池长度条件下改善流态和增强消能的目的。     

分期导流束窄河道泄流物理试验及数值模拟研究

以某航电枢纽施工导流工程为例,采用MIKE21软件对施工导流中的束窄河道泄流进行了数值模拟,分析了围堰体型对束窄河道水流流态的影响,对围堰体型进行了水力优化,并利用物理试验进行了验证。数值计算及物理模型试验结果表明,优化后的围堰头部有助于减弱回流及水流侧向收缩。     

猴子岩水电站过水围堰防护方式试验研究

针对围堰防护方式对上游围堰过流稳定性影响问题,以猴子岩水电站过水围堰为例,采用子堰防护和自溃式子堰两种围堰防护方式进行对比试验,量测了上游围堰范围内水力学特性指标,检验了不同的围堰防护方式对围堰过流稳定性的影响。结果表明,采用自溃式子堰方式可降低上游围堰上下游水位差、减小水跃跃首最大流速、减缓堰后冲坑坡度,更有效维持上游围堰的过流稳定,并能安全渡汛。     

某溢流坝下游泄洪消能防冲布置优化研究

为优化分析某溢流坝泄洪消能防冲布置形式,运用数值模拟的方法,建立溢流坝挑流消能及下游防冲的三维数值模型,根据工程特点,在前期物理模型试验成果的基础上,拟定多种下游消能防冲优化布置方案并进行数值模拟计算。计算结果表明,将原方案水垫塘预挖冲坑的下游斜坡改为垂直挡墙结构形式,能有效改善下游水流流态,降低预挖坑后的流速大小、均化流速分布,降低护坦处的压强,提高消力塘的消能效果,可减小对护坦及下游河床、岸坡的冲刷影响,可为类似工程设计提供参考。     

拱坝挑流坎消能特性数值模拟研究

针对尚甘尼拱坝挑流消能的问题,传统的水工模型试验方法受成本影响,其试验方案数量有限.为此,采用Flow-3D流体计算软件,基于RNG κ-ε湍流模型及VOF方法,建立了拱坝挑流消能计算模型,同时,结合物理模型试验结果,率定模型参数.在此基础上,对不同工况挑流坎泄流进行了三维数值计算,通过分析挑流水舌流态及挑射距离、下游...     

小挑坎在导流隧洞出口消能中的应用

针对山区河道导流隧洞出口布置消能措施空间有限的问题,采用物理模型试验,对比研究了预留岩埂、消力墩、连续坎与差动坎四种不同布置方案的消能效果,通过对比不同方案下导流隧洞出口水流流态、流速、冲刷等水力学指标,最终确定连续坎方案为最优方案。水面线和水流流态对比结果表明,该方案增大了水流的横向扩散,优化了水流衔接流态,大幅减小了水流衔接段单宽流量,进而降低了下游岸边流速,减小了下游河床冲刷。