水跃区水流脉动压力相似律的试验研究

本文通过孔口出流平底二元自由水跃5个相对比尺的132组模型试验,获得了水跃区内底板上跃首佛氏数从2.94～8.61,雷诺数从2×10~4～6×10~5的水流脉动压力资料。对不同比尺的试验结果进行对比分析,推导了水流脉动压力的幅值和频率比尺。得到的结果是脉动压力的幅值比尺为模型长度比尺,即P_T~′=L(?)符合重力相似律。脉动压力的频率比尺为1,即f_T=1不符合重力相似律。     

带键槽透水底板上举力特性模型试验研究

为保护高坝下游河床和岸坡不受泄洪高速水流的严重冲刷,危及大坝安全,需修建各类消力塘防护结构以构建大坝安全第一道防线。各类消力塘防护结构的安全是高坝泄洪安全的前提保障。随着对高坝下游防护工程的研究不断深入,相继提出了带键槽消力塘底板、透水底板等不同结构形式的底板,增加消力塘的稳定性,消力塘形式也从"被动防护"模式向"主动防护"模式转变。对"主动防护"与"被动防护"相结合的带键槽的透水底板进行研究,通过模型试验从最大值、概率密度分布、幅值和功率谱等角度分析上举力的特性。结果表明,与带键槽的底板相比,增加透水孔可以降低上举力;上举力概率密度分布基本符合正态分布;上举力幅值降低;功率谱密度更加的趋近于低频。     

消力池底板透水孔内脉动压强试验研究

基于某跌坎消力池水工模型试验,在消力池底板中线不同位置设置透水孔,同步测量透水孔内和底板中线上表面的脉动压强。用模型试验和理论分析相结合的方法对透水孔内的脉动压强特性进行研究,得到透水孔内任意两点脉动压强相关系数的取值范围;从幅值特性和频谱特性两方面就孔内各点的脉动压强与相同位置上表面的脉动压强进行了对比,研究结果可为消力池透水底板的设计提供参考和指导。     

掺气分流墩墩头脉动壁压及其模型律试验研究

本文研究了中、低弗氏数掺气分流墩墩头脉动壁压及其模型律，得到时均和脉动壁压和分布规律、脉动壁压概念分布，自功率谱密度、自相关系数及墩头初生空化数，研究结果表明，墩头脉动壁压幅值模型律为重力律，优势频率模型律则为ｆλ≈１。     

联合泄洪下跌坎消力池底板脉动压强试验研究

基于某工程模型试验,对跌坎底流消能工消力池在表孔和中孔不同运用方式下脉动压强大小及分布特性进行研究。试验结果表明:开孔方式不同对底板脉动压强影响差别很大,首先脉动压强峰值在底板所处位置表现各不相同,其次脉动压强系数沿底板分布表现为表、中孔联合泄洪要比表孔或中孔单独泄洪明显减小,说明在同等运行条件下采用表孔和中孔联合泄洪更有助于降低消力池底板脉动压强,对底板安全运行有利。     

带键槽透水底板脉动压力试验研究

消力塘防护结构是大坝安全的第一道防线,消力塘的安全是高坝泄洪安全的前提与保障。依托向家坝物理模型,以将“主动防护”与“被动防护”相结合的带键槽的透水底板为试验对象进行试验,主要针对带键槽透水底板的脉缝隙水流压力特性、下表面的脉动压力分布规律、时空相关性、空间相关性和压力频谱特性进行试验分析。结果表明,在水跃稳定区,增设透水孔后,带键槽底板下表面及垂直缝隙处各测点脉动压强最大值和脉动压强系数有所减小;带键槽底板下表面各测点间的相关性有所减小,同时涡漩的空间积分尺度与保持性减小;底板下表面及键槽处各测点的功率谱密度有所减小,并趋于低频。     

消力池底板及导墙脉动压力特性试验研究

消力池底板属轻型结构,其结构的振动、抗冲、稳定等均与底板水跃区的水流脉动强度直接相关。依托某工程,对底流消能的消力池底板及导墙脉动压力特性进行了较系统的水力学模型试验研究,通过对水流脉动压力测试数据的综合分析,获得了消力池底板及导墙动水压力的分布规律以及点、面压力脉动的换算关系。研究丰富和发展了消力池及导墙的脉动压力特性研究,可为底流消能形式的水流动力特性深入研究提供科学参考。     

底流钢膜消力池底板上表面脉动压力试验

为确保消力池防护结构在水流冲击下的安全,探索一种新的钢膜消力池防护结构,即在消力池传统的不透水混凝土底板上部铺设一层均匀开孔的薄钢板。基于某底流消力池模型试验,研究了铺设均匀开孔钢膜对不透水底板上表面脉动压力分布规律的影响。试验结果表明:铺设均匀开孔的钢膜后,对于消力池前端旋滚区,脉动压力强度系数减小、概率密度函数基本满足正态分布,但幅值范围更加集中;纵向各点的相关性降低、空间积分尺度下降,涡旋保持性降低;脉动压力主频基本不变,但脉动能量集中的频带变窄。与透水底板比较,钢膜消力池防护结构可以有效减小作用在消力池前端底板上表面的脉动荷载,初步表明这种结构具有一定的可行性。     

乌江银盘水电站消力池及导墙脉动压力特性研究

依托乌江银盘水电站,对底流消能消力池底板及导墙脉动压力特性进行了较系统的水力学模型试验研究。通过大量点、面水流脉动荷载测试数据的综合分析,获得了消力池底板及导墙动水压力的分布规律。该研究丰富和发展了底流式消力池及导墙的脉动压力特性研究,可为对该类消能形式水流动力特性的深入研究提供科学参考。     

跌坎型底流消能试验研究

为了减小高坝泄洪雾化的影响,对比传统底流消能工,进行了水工模型试验。通过试验,对跌坎型底流消能工的水流流态、临底流速以及脉动压力分布进行了研究分析,结果表明：跌坎型底流消能工可大大降低临底流速,减小消力池底板上的脉动压强,消能效果较好;同时还可抬高消力池底板高程,缩短消力池长度,节省较多的工程量,经济效益明显。     

宽尾墩-跌坎型底流联合消能工水力特性试验研究

通过水工模型试验着重分析比较了宽尾墩-跌坎联合消能工与跌坎以及常规消能工消力池内的水流流态、临底流速以及脉动压力等,并根据试验结果拟合分析了该联合消能工的强迫水跃长度公式。试验结果表明,该种新型的消能方式改善了跌坎消力池内的水流流态,降低了消力池内的临底流速和脉动压力,缩短了消力池的长度,减轻了下游河道的冲刷,并且能很好地利用宽尾墩良好的消能率,克服宽尾墩挑射水流对消力池底板的冲击问题,为类似工程提供了参考,同时也丰富了泄洪消能工的型式。     

肋形溢流坝与挑流水垫塘研究

以某260m高坝的30000m^3／s大泄量挑流水垫塘工程为背景，采用1：100水工模型．使用肋形溢流坝概念研究表、中、底孔消能工的合理形式和配置，大大减轻了挑流水垫塘的负荷，从而充分发挥水垫塘消能和调整流态的作用．同时，采用各种测试手段和方法弄清了挑流水垫塘的工作机理和底板稳定因素，从而提出了底板设计建议以及优化途径．     

平底水垫塘透水底板下表面脉动压力试验研究

基于模型试验结果,研究了平底水垫塘透水底板下表面的脉动压力特性,分析了不透水底板及透水底板不同开孔率情况下的下表面脉动压力的分布规律、概率特性以及互相关特性和频谱特性。分析结果表明：在水舌冲击区,脉动压强系数随着开孔率的增大而增大;互相关系数随着开孔率的增加而略有减小,其旋涡保持性有所降低;透水底板较不透水底板下表面的脉动能量更加集中于低频。     

高拱坝下游水垫塘体形比选试验研究

水垫塘作为高拱坝泄洪消能的一种重要形式,已经在众多工程中采用。本文分别对水垫塘2类（平底和反拱）3种体形——平底、反拱圆弧底、反拱抛物线底进行了水力特性研究,从水垫塘体形、塘中水舌流态、塘底冲击压强、岸坡落石运动等不同角度分析论证了3种水垫塘的水力学特性。最后得出结论：圆弧底反拱水垫塘优于其它2种形式并推荐工程采用。     

变缝宽异型构造底板脉动压力特性试验

在水利工程中,水垫塘是大坝的重要安全防护设施之一,在高速水流冲击下,水垫塘的安全与稳定关系到大坝能否正常运行。以某消力塘水工模型试验为背景,结合模型试验结果,对比分析了不同缝隙宽度对底板下表面脉动压力特性的影响。研究表明:在水跃稳定区,带键槽底板下表面的脉动压强系数会随着键槽间的缝隙宽度的增大而增大,带键槽底板概率密度分布图的正态性较好;当键槽缝隙宽度增大时,带键槽底板可能产生的最大脉动上举力有所减小;对于相同测点,键槽缝隙宽度越大,下表面缝隙涡旋的平均尺度和脉动压力空间积分尺度都越大;随着键槽缝隙宽度变小,带键槽底板下表面的脉动能量更加集中于低频。     

高重力坝防冲建筑物体型参数对水力特性的影响

高重力坝防冲建筑物体型参数的选取决定了泄洪消能水流的水力特性,从而影响水电站的安全运行。采用水工模型试验的方法,研究了防冲建筑物体型参数对水流的水力特性影响规律。研究结果表明：水垫塘长度的减小,使塘内淹没冲击射流的扩散空间减小、冲击区的紊动增强,导致塘内底板时均压强谷值减小、脉动压强均方根峰值增大、底板安全风险增大;二级消力池池长的减小,使出池临底流速增大、下游冲刷风险增大;二道坝高度的降低,导致水垫塘底板沿程时均压强减小、脉动压力均方根峰值增大、底板安全风险增大,同时导致二级消力池内水跃收缩断面水深增加、跃首区临底流速降低、紊动强度降低、脉动压力均方根峰值减小,但出池临底流速增大。     

水垫塘冲击区掺气浓度对脉动压强作用的试验研究

采用水工模型试验,研究泄流进入水垫塘后在水垫塘底板冲击区内掺气浓度对脉动压强的作用。通过改变掺气量,使水垫塘内水体的掺气浓度发生变化,开展不同的掺气浓度对水垫塘冲击区底板脉动压强影响的研究。结果表明:在保持水垫深度和泄流流量不变的情况下,增加掺气量,水垫塘冲击区同一测点水体掺气浓度值随掺气量的增加而增加。水垫塘冲击区内掺气浓度分布规律为在冲击点处达到最大值,由冲击点向上、下游递减;冲击区底板总动水压强的峰值随掺气量的增加而降低;脉动压强的方差值随掺气量的增加而减小,即脉动变幅减小。脉动压强的概率密度分布为正态分布,分布曲线随掺气量的增加而变陡、变窄,脉动强度系数分布集中,即方差变小,压强峰值减小,脉动强度减小。同一测点脉动压强的频谱分布规律一致,其优势频率集中在低频范围,随掺气量的增加,脉动幅值降低,即脉动压强降低。     

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。     

反拱透水底板拱端推力与板块位移研究

高坝消力塘作为下游河床的防护结构,其自身在高速水流冲击下的稳定性与安全性是实现消能和防冲目的的关键所在,是水利工程所面临的亟待解决的课题之一。文章基于模型试验并结合数值模拟研究了反拱透水底板的拱端推力与板块位移特性。结果表明,与不透水底板相比,透水底板可以显著的减小拱端推力,并且拱端推力与板块位移均随开孔率的增加而减小,且减小趋势逐渐变缓,从而可以提高反拱底板的稳定性。结合拱端推力的频谱分析可知,开孔后拱端推力的脉动能量降低,并且功率谱重心向低频移动。文章成果为水垫塘防护结构“主动防护”模式在工程中的应用提供参考。     

反拱型水垫塘——窄河谷大流量高坝泄洪消能工的合理选择

以某大型水电工程为背景，通过考察其地形、地质、水力学、结构、施工和运行条件，经论证得出反拱型水垫塘与之最为协调，最适宜于做窄河谷大流量高拱坝的泄洪消能工，其优点突出。水弹性模型试验研究证明：反拱型底板抗浮稳定安全系数比平底板大得多，反拱型水垫塘是一种安全性选择。