浅论多级孔板消能问题

本文论述了孔板的消能机理、能量损失等消能特性。并通过试验分析找出了影响多级孔板消能各项因素与孔板消能系数之间的关系,为龙抬头泄洪洞选用多级孔板消能设计提供了依据。     

有压泄洪洞内多级孔板消能的试验研究

多级孔板是用于有压泄洪洞的一种新型消能措施。为了论证其消能效果和水流特性,特进行了单条洞体的水工模型试验。本文对多级孔板的消能效果、水流特性和空化、空蚀问题等试验成果进行分析研究后提出:(1)在有压泄洪洞内采用多级孔板消能,效果显著。若设五级孔板,其水头损失总和约占总水头损失的93%。(2)一般情况下,孔板消能系数K值随孔径比d/D的减小而增大,随距径比L/D的增大而增大,在充分紊流区,K值和需诺数无关。(3)孔板段最高流速在洞中心附近约为断面平均流速的3倍。(4)孔板段脉动压力幅值随库水位升高而增加。(5)孔板的空化和空蚀问题是多级孔板消能方案的关键问题之一。减小泄洪洞出口断面、抬高下游尾水位或加大孔板的孔径比,均可有效地调整洞内压强,提高水流空化数,避免最末一级孔板发生空化。但由此会相应地减小泄洪洞泄流能力或降低孔板的消能效果,所以在利用多级孔板进行消能设计时,需要权衡利弊,进行适当处理。     

小浪底水利枢纽孔板泄洪消能研究

黄河小浪底水利枢纽在世界上首次大规划采用多级孔板消能（Ｍｕｌｔｉ－Ｏｒｉｆｉｃｅｓ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ）技术，把３条大直么蔚流洞改建为永久泄洪洞。在小浪底多级孔板消能洪汇洞的设计中，对消能室内的流态、流速和压力变化规律进行了试验，对孔板消能水头损失系数及其影响因素，以及孔板消能室空化问题进行了研究，并在碧口水电站直径４．４ｍ的排沙洞进行了小浪底孔板洞中间试验，上述试验结果均表明，     

大梁水库放水洞多级孔极消能工孔板布置的设计与试验

针对大梁水库放水洞多级孔板消能问题，分析了多级孔板消能中孔径比、上游水位及出口面积对水流空化数的影响。在此基础上给出了多级孔板布置的设计方法并在大梁水库放水洞试验中进行了应用。实践表明，该方法能给出较为合理而实用的布置方案。     

浅谈新型消能工孔板消能设计

浅谈新型消能工孔板消能设计李燕红闫国保一、引言利用孔板洞或压力管道内设小于隧洞或管道直径的多级孔板进行高速水流的消能，是一种新近发展起来的可减免洞（管）壁磨蚀，减轻出口消能负担的新型消能工。作为一种特殊的消能设施，在大型工程上运用，除在加拿大麦长坝（...     

大梁水库放水洞多级孔板消能工孔板布置的设计与试验

针对大梁水库放水洞多级孔板消能问题，分析了多级孔板消能中孔径比，上游水位及出口面积对水流空化数的影响。在此基础上给出了多级孔板布置的设计方法并在大梁水库放水洞试验中进行了应用。实践表明，该方法能给出较为合理而实用的布置方案。     

多级孔板消能系数问题探讨

本文论述了高速水流,经过多级孔板孔口发生突然收缩与扩散,消杀巨大能量的消能机理。消能效果可用消能系数K来表示。通过试验找到了影响孔板消能的因素主要有:反映流动状态的雷诺数、孔板孔口与管道直径比(即孔径比)、孔板之间距离即扩散室长度、孔板锐缘形状、孔板级数以及不同孔径比不同形状孔板的组合及排列顺序等。文中着重分析了以上诸因素与无量纲消能系数之间的关系,并指出:管道中水流若处于充分紊流状态,便可忽略雷诺数对K的影响;孔径比为0.7左右为佳;孔板间距取决于水流恢复长度;孔板锐缘以刀口朝上半径小者消能率高;不同级数、不同形状和孔径比的孔板,排列组合顺序不同时对K值有影响。     

孔板式消能工消能研究

多级孔板消能(Multi-Orifices Energy Dissipation)技术在小浪底水利枢纽成功运用,为高水头水利枢纽消能提供供新的思路。国内外学者研究表明,孔板式内消能工对相比传统消能形式,不仅具有消能效率高的优点,还可大幅度降低洞内水流流速。减轻含沙水流在洞内高速流动对壁面衬砌的破坏,降低空蚀的风险。文章通过详细总结孔板消能的研究成果,对孔板消能的空化特性,脉动压强以及回流区长度问题做了概述。     

葛洲坝航道冲沙闸设计特点与运行实施

本文叙述了葛洲坝大江和三江航道上布置的冲沙闸和消能工型式。通过试验,对闸孔、过流面、多级消力池进行了优化。它们具有排沙方便,消能好,能适应大流量、尾水低等优点。经三江闸10年多和大江闸4年多的运行和监测,冲沙效果好,冲沙闸、航道等建筑物运行正常,达到了预期目的。     

小浪底孔板消能泄洪洞过流原型观测试验

小浪底水利枢纽的三条孔板消能泄洪洞,是目前世界上采用孔板消能技术的最大的泄洪洞.孔板泄洪洞的实际泄洪效果和安全性,一直是专家关注的焦点.1号孔板消能泄洪洞过流原型观测试验,就长期以来国内外专家十分关注的孔板洞消能效果、水流空化、脉动水流诱发衬砌结构及围岩的振动、中闸室出口水流的掺气及空腔负压、闸门开启过程的流激振动以及孔板环、衬砌结构应力等进行了现场测试.从压力系数和消能系数分布看,原型观测结果与模型试验结果吻合较好,验证了模型试验成果的相似性.     

介绍国外几种新型消能工

为增加消能工的防冲消能效果和减缓高速水流对消能设施的破坏作用,本文介绍了三种新型消能工,即泄洪洞多级孔板消能工、带遮流板式消能工、掺气消能工。     

小浪底水利枢纽工程孔板泄洪洞设计

小浪底工程在世界上首次将导流洞设计改建成１４０ｍ高水头孔板泄洪。孔板泄洪洞由龙抬头段，孔板消能段，闸室前渐变段，中间闸室，闸室后洞身段，出口挑流段等部分组成，其中孔板消能段是泄洪洞的核心部位，设三级孔板消能。文中详细介绍了孔板泄洪洞的特点，孔板型式，消能原理，体形设计，结构设计以及为减少负压和防止水翅冲击弧形闸门支铰等难题而进行的创新设计。结合设计，给出了泄洪洞各组成部分的结构计算方法及结果。     

孔板后回流区长度数值模拟研究

孔板消能工具有结构简单和消能效率高的优点.孔板后回流区长度是孔板消能工的重要水力学参数之一,其大小不仅影响到多级孔板间距的设计,而且还影响到孔板的消能效果.此文通过理论分析和数值模拟的方法,分析了孔板水头损失系数与回流区长度的关系以及影响孔板后回流区长度的因素.研究结果表明,在雷诺数和孔板厚度不变的情况下,回流区长度随孔径比的减小而增大;在雷诺数和孔径比不变的情况下,回流区长度随孔板厚度的增加而减少;当雷诺数大于105时,回流区长度几乎不随雷诺数的变化而变化;随着回流区长度的增加,孔板的能量损失系数也增大.通过曲线拟合,此文还得到了孔板回流区长度的经验表达式.     

泄洪洞两级孔板宣泄含沙水流消能及空化特性的原型试验研究

本文给出了碧口水电站排沙洞两级孔板消能效果及空化特性的研究成果。原型观测表明,两级消能孔板总的水头损失达原水头的30-45％,其消能效果是显著的,浑水时消能孔板初生空化数的量级接近于4.0。在孔板设计时,需认真考虑由于设置孔板引起的水流空化问题。试验说明,与清水相比,水流挟沙后对消能和防止空化是有利的。     

有压管道双孔板水流消能特性试验研究

本文通过二维激光测速试验,研究了有压管道双孔板段水流的紊动特性,给出了水流的有关紊动特征参数及孔板消能系数的计算公式。研究表明,第Ⅰ级孔板与第Ⅱ级孔板相比,孔板后水流流场及能耗特性均有显著差异。在本试验条件下,第Ⅰ级孔板的名义消能系数大于第Ⅱ级孔板,但其真实消能系数却小于后者。     

小浪底工程孔板消能泄洪洞的设计优化

小浪底工程采用了由导流洞改建而成的新型多级孔板消能泄洪洞。新洞型的采用，解决了重复利用导流洞所带来的高水头、高流速的复杂技术问题，在多次水力学模型试验研究的基础上，孔板消能泄洪洞设计逐步优化和完善，主要研究的方案依次为：（1）小圆塔进口，洞内设5级孔板；（2）龙抬头进口，洞内设5级孔板，其中第5级为偏心孔板；（3）龙抬头进口，洞内设5级孔板；出口设溢流挡水堰；（4）龙抬头进口、洞内设4级孔板，孔板后设中闸室；（5）龙抬头进口，洞内设3级孔板，孔板后设中闸室，最终方案满足了消能和防空蚀的要求。     

多级孔板空化与脉动壁压特性

本文结合小浪底四级孔板泄洪洞和碧口二级孔板泄洪洞,研究了多级孔板的空化与脉动特性,对多级孔板的水流空化数和初生空化数随孔径比的变化关系进行了详细地探讨。得到了随着孔径比的增加,孔板的消能率降低而孔板抗空化能力提高的结论。同时,对多级孔板空化前后的脉动荷载分布、脉动压力随孔径比的变化关系进行了讨论,某些成果已被工程设计单位采用。     

有压泄洪洞多级孔板消能室的紊流特性试验研究

在水电工程中,将有压泄洪洞设置多级孔板逐级消能,可以有效地降低内水压力、控制平均流速、降低工程造价。但是设置孔板后,在一定范围内水流现象复杂,紊动强烈,能否在大型工程上采用尚存在一定的疑虑。为了解此种水流运动的内部结构及对洞壁的影响,我们采用二维激光测速仪对孔板之间的管段内流速脉动情况进行了测试     

小浪底枢纽泄流排沙隧洞孔板浑水阻力系数的试验研究

美国柏克德(Bechtel)公司为小浪底水库泄流排沙底孔提出了一个方案,建议把四条直径15米的施工导流隧洞改建为泄流排沙底孔,多余的能量通过多级孔板消能。为此,该公司在科罗拉多隆格蒙脱水力试验室进行了清水整体模型试验,在1000秒立方米流量时,上游孔板、中间孔板和下游孔板的阻力系数分别为1.25,1.14和1.87。审议该方案时,认为上述试验是在清水条件下进行的,对含沙浑水,特别是高浓度浑水条件下其阻力系数是否改变?孔板间距采用三倍隧洞直径是否合适?并建议做浑水的局部模     

多级孔板消能在大梁水库放水洞中的研究应用

大梁水库放水洞初步设计采用９级孔板消能，经水工模型试验证实，１５５ｍ水头可消减１３０ｍ，消减水头占总水头的８４％以上，消能效果显著，文中主要内容是孔板消能机理、布置原则、影响因素及设计试验成果，孔板消能设计中的关键问题是：（１）孔板孔口水头损失系数的选择，影响水头损失系数的因素有雷诺数Ｒｅ，孔径比ｄ／Ｄ，孔板间距及孔板形状等；（２）要求水流空化数大于初生空化数，以避免孔板产生空蚀、空化现象。