闸堰下游淹没水跃特性研究

本文通过试验分析，对具有驼峰堰的泄水闸下游平底消力池中的淹没水跃特性进行了研究，认为：当淹没水跃的前佛氏数Ｆｒ１＝３．４－７．３，淹没系数Ｓ＜０．７时，消力池及其下游的流态不会因水跃被淹没而恶化，淹没水跃的消能效果优于自由水库。     

淹没水跃激起闸门振动浅析

闸门振动是水利水电工程中较为普遍的现象。文章对闸门下游淹没水跃作用在闸门上的脉动压力试验研究成果作了简要综述，并结合某工程，对淹没水跃引起闸门振动作了浅析     

水垫塘的水流特征及其综合评价指标

 高坝下游挑跌水流在水垫塘内的流态是相当复杂的。定性上可看作为淹没冲击射流和淹没水跃流的混合流态。一方面射流入水后沿程不断扩散，在冲击区对水垫塘底部产生巨大的冲击压力，具有淹没冲击射流的特征；另一方面在冲击区下游，高速主流贴近床底并沿程扩散和迅速跃起，同时在主流区的顶部形成较大的表面漩滚区，流态特征类似于淹没水跃流。针对这种混合流态，提出一个综合评价水垫塘消能效率的新指标，以便为水垫塘设计提供科学依据。     

闸门底缘倾角对淹没水跃的影响

采用标准k-ε紊流模型和VOF模型对过闸水流的淹没水跃现象进行了模拟,从沿程水面线、流速分布及壁面压力等方面分析了平面闸门下游倾角对淹没水跃的影响,结果表明:随着闸门下游倾角的增大,水跃发生的位置逐渐向上游转移;在确保闸门自身结构稳定的情况下,闸门下游倾角取30°~45°较为合理。     

溢流坝下游平底消力池淹没水跃特性的探讨

本文通过作者自己的试验,并与哥文达和拉贾纳南等人的试验相对照,对采用淹没水跃消能是否会给下游造成更严重的冲刷这一问题进行了探讨。试验证明,设有闸墩的溢流坝下游采用水跃消能,淹没系数S<0.7时,对护坦下游不会由于从自由水跃过渡到淹没水跃而带来不利的后果,相反会对减小水面波动和河床冲刷带来一定的好处,即淹没水跃跃首佛氏数F_1=3.4～7.1、淹没系数S<0.7时,消能效果比自由水跃好。     

淹没水跃的数值模拟

本文通过求解时均N－S方程κ－ε紊流模型，数值模拟了淹没水跃由静止到最终稳定的全过程。采用隐式非正交同位网格有限体积法离散控制方程组，利用动网格技术跟踪自由表面，并由Orlanski开边界条件得到无反射的出口边界。文中给出了淹没水跃在不同时刻自由表面形状、内部流场结构和流速矢量的变化情况，并与试验资料进行了比较。结果表明，本文方法能够准确有效地描述淹没水跃这类复杂自由表面流动的紊动特性。     

坝下淹没水跃底部的脉动压力

当溢流坝下游水深超过临界水跃的跃后水深时,跃首向反弧方向推移形成坝下淹没水跃,它与通常所指的闸下平底淹没水跃不完全相同,例如它具有完整的跃前水深,水跃底部为一反弧曲壁。这种类型的水跃或可称为反弧曲底水跃。它在工程上是常见的。我们拟对其底部的脉动压力变化规律进行一些探讨,因为研究建筑物所受的脉动荷载及     

曲线型低堰（设有鼻坎）水流衔接特性

介绍设有鼻坎曲线型低堰泄流能力，下游水流流态衔接变化规律的全过程，即水流流态衔接中的挑流，远驱水跃，底流，面流，波状水跃，波流和贯串其中的淹没流均能较明确地反应出来，同时整理了判别曲线型低堰产生淹没流流态的三种方法，另外，对波状水跃（１），（２），波流流态的概念作了简述，对淹没流的淹没条件了新的看法，供参考讨论。     

小石峡水电站导流兼深孔泄洪洞消能工优化试验

通过新疆库马拉克河小石峡水电站导流兼深孔泄洪洞原设计方案的消能工试验,发现消力池内发生淹没水跃,水跃旋滚区与闸后射流相叠加,使陡坡段水流剧烈脉动。为了防止护坦段在较大的动水荷载下发生振动和破坏,采用在消力池内设置不同于传统布置方式的悬栅式消能工的方式,即从闸后陡坡末端起布置悬栅,悬栅的安装高度随水跃跃高逐渐抬高,呈台阶式布置。试验表明,台阶式布置悬栅起到了破碎水跃上部剧烈回旋运动的表面旋滚的作用,增大了回流的阻力,从而使水跃向下游移动,由淹没式水跃转化成稍有淹没水跃;在悬栅作用下,陡坡段和消力池内水流脉动明显减弱,浪花溅起高度明显小于加悬栅前的高度,这种悬栅布置方式可为其他同类工程提供参考。     

向家坝水垫塘的实验研究与数值模拟

多股水平淹没射流消力池的大量试验研究结果表明：泄槽的体形以等宽或微收缩为宜；水平方向窄而垂直方向厚的水舌适应水位变化的稳定性较好，能始终保持水平淹没射流状态；表、中孔的最优坎高差应大于中孔水流的主流水深，以使表层水跃的回流漩滚区向两侧表孔溢流面充分扩散，从而减弱或消除中孔表层水跃的横轴漩滚。用三维RNG k—ε紊流模型进行了数值模拟，将计算的消力池底板压强及水深与试验结果进行了对比，两者符合较好。     

溢流坝面流式水跃消能的研究

本文对于面流式水跃的基本规律作了一些论述,并且对万安水利枢纽在设计面流水跃中遇到的困难提出解决的办法。采用面流式水跃消能有其突出的优点,由于这种消能型式它的主流和最大流速集中在表层,对河底冲刷和水跃底部脉动强度较小,从而大为减省溢流坝下游消能设备。另外,非淹没式面流水跃可以顺利宣洩飘浮物,得保护坝身不受撞击而损坏。面流水跌主要的缺点是很难在任何水流情况下都能发生优良面流,并且在洩洪时对于下游航道运用有一定的影响。面流水跃的水力计算过去在我国研究得很少,较大型水利工程尚未采用     

设有台阶式下游面的溢流土坝

介绍了许多坝顶溢流土坝的各种结构形式及各自的缺陷。对台阶式下游面的溢流土坝结构作了深入的研究， 并在试验室内进行了水力学试验， 取得了相关的数据， 证明这种坝型结构是可行的。     

挑流鼻坎贴流量水力近似计算

从工程模型试验或原型观测发现，有时会发生鼻坎贴流现象，这是由于过流量小而动能不足引起的。现以水流在鼻坎反弧段上呈现淹没水跃与鼻坎末端自由溢流为条件，利用水跃理论和堰流理论，依据流量连续平衡原理岢近似地推算鼻坎贴流量。     

陡坡后消力池内水跃的数值模拟

利用三维RNG k-ε紊流模型和体积率(VOF)跟踪自由水面的方法,对4种不同工况、相同坡角的陡坡后消力池内的水跃特性进行了数值模拟,并与模型试验结果进行了对比.结果表明,不同工况下消力池内水面线特征、流速和水跃长度与模型试验吻合较好,陡坡后消力池内淹没水跃长度大于自由临界水跃长度.同时,数值计算与试验结果均表明,陡坡后消力池内水跃长度不能按照平底矩形水跃长度计算公式进行计算,必须考虑淹没度的影响,从而有效避免陡坡后消力池设计中的不足.     

跌坎深度对扩散式泄槽底流消能水力特性影响试验研究

对于高水头泄水建筑物而言,为了降低出口单宽流量,减轻下游消能压力,通常在出口设置扩散式泄槽。突扩式底流消力池增设跌坎,可避免水流直接冲击消力池底板,降低底板力学指标。通过水工模型试验,基于一定的边墙突扩宽度,研究突扩式消力池在不同跌坎深度下底板临底流速、时均压强、脉动压强的变化。成果表明:跌坎深度为5 cm时,消力池内水流流态介于临界水跃向远驱式水跃过渡区间,临底流速最大,时均压强最小;跌坎深度增加至10 cm时,消力池能够形成稳定的淹没水跃,临底流速明显减小,时均压强明显升高;跌坎深度进一步增加至15 cm时,消力池内淹没程度继续增加,临底流速继续减小,时均压强继续增加,但变幅均不大。     

仙游县南门大桥桥墩倾斜原因分析与整治加固

该文根据仙游县南门大桥桥墩下游冲刷掏空原因,利用水跃紊流和下游淹没水垂消能,采用整体性加固斜坡及护坦的工程措施进行整治加固。一个水文年的运行表明,该措施对下游防冲刷效果良好。     

低弗汝德数闸后淹没水跃的数值模拟

通过求解雷诺时均Navier-Stokes方程,对弗汝德数为3.19的淹没水跃进行了数值模拟。应用标准k-ε模型和RNG k-ε模型结合VOF(volume of fluid)自由表面跟踪技术,得到了淹没水跃自由表面位置、纵向速度、紊动能及速度矢量等变化情况。结合实验数据,详细对比研究了两种模型的模拟结果,分析了Fr=3.19淹没水跃的内部流场特性。研究表明RNG k-ε模型能更好的模拟低弗汝德数下淹没水跃的紊流结构,给出了2X/Y124为水跃发展区,并得出水跃产生的旋滚对紊动的产生和耗散起着重要作用。     

基于SPH方法的二维宽顶堰溢流数值模拟

光滑粒子水动力学方法(SPH)是一种基于纯拉格朗日思想的无网格粒子方法,在众多科学和工程领域得到了初步应用。采用SPH方法对二维宽顶堰溢流进行了数值模拟,并利用机群进行并行计算来提高计算效率,将模拟数据与试验数据进行了对比。结果表明,SPH方法可以模拟出二维宽顶堰自由出流和淹没出流时水流流态、水跌、回流区、水跃现象,计算出溢流流量、流速等水力参数,并且采用数据拟合得出与理论相符的断面流速分布图。结果表明了SPH方法可以较好模拟二维宽顶堰溢流中的流速分布以及水面曲线。     

多级连续消力池水跃的水力特性模型试验

以低弗劳德数、大单宽流量的安谷水电站为例,对不同方式形成多级水跃的消力池进行了系列水工模型试验,研究了不同方案形成的多级水跃的水力学特性。试验结果表明:采用多排消力墩方式形成多级消力池,其消能率虽有保证,但消力墩布置形式对池内流态影响较大,对不同单宽流量工况适应性不好,特别是单宽流量大时难以形成多级水跃;采用圆弧进口连续坎式消力池大幅度改善了流态,但仍未能形成两级水跃;采用跌坎进口连续坎式形式的两级浅水垫消力池,在很大流量范围内均形成明显的两级水跃流态,消能效果理想,池内临底流速和出池流速均比其他方案低,结合下游的反坡护坦,间接抬高了下游水位,使得出池水流平顺,且结构简单,施工方便。     

拱坝坝顶差动坎消能的试验研究

三大峡水电站水工整体模型试验，通过试验研究，推荐采用差动坎方案，在溢流堰挑坎下游形成交汇水流，产生冲击水冠，使水舌纵向拉开，横向扩散，消能效果较为显著。