阶梯式溢流堰水力特性研究

阶梯式溢流堰的体型设计直接影响其水力特性及下游消能设施的规模。结合凯乐塔水电站工程的水力学模型试验,选用3D紊流模型,采用VOF法对其阶梯式溢流堰流场进行了三维数值模拟,分析不同水力工况条件下坝面下泄水流水力参数,并与水力学模型试验所测数据进行对比分析。研究结果表明,合理布置阶梯式溢流面能减少过流流速,提高消能效果,缩短消力池长度。     

低堰水力特性和堰型选择

根据大量的试验研究成果，从实用角度对目前应用较普遍的WES实用低堰的水力特性和堰型选择问题进行了一定的分析和总结。且对机翼型堰、驼峰堰等其它低堰作了简要介绍，可供从事堰坝水力学研究及工程设计人员借鉴和参考。     

驼峰堰的水力特性研究

驼峰堰是由三段圆弧曲线复合而成堰面的一种低堰，具有结构简单，整体稳定性和断面应力分布较好，堰体低，流量系数高，堰前不易淤积，且对地基要求较低，设计和施工相对简便等优点，因而，国内中小型工程采用较多。本文结合青海雪龙滩电站溢洪道挑流消能方案的试验研究，在几何比尺为１：４０的模型上，对该工程进口段采用的驼峰堰特定体形的水力特性进行了详细的观测，并着重对自由溢流时流量系数随堰顶水头的变化规律，淹没流态判     

平底闸及闸室驼峰堰的水力特性

从理论上论证平底闸的水力特性及闸室中驼峰堰、驼峰堰的相对位置对流量系数的影响,分析各种计算泄流能力(只考虑自由出流情形)的常用方法,并对这些计算方法进行比较。结果表明:布置合理的闸型,可提高闸的泄流能力;平底闸闸室内加设驼峰堰,对提高流量系数的作用很大,但驼峰堰在闸室中所处的位置对提高流量系数的作用是不同的;驼峰堰加在闸室中部靠前的部位是最佳的布置形式。     

灌区渠道梯形侧堰水力特性研究

为研究灌区田间进水口和末级渠道适用的量水设施,采用试验方法设计出体型简单的梯形薄壁侧堰模型,并在渠道梯形侧堰堰顶和水平面夹角分别取-9°、-6°、-3°、0°、3°、6°和9°以及不同流量工况下,对侧堰周围水面线、流量系数、水头损失等参数值展开计算,并对各自的影响因素进行了分析探讨。结果表明,所构建的水面线函数以及梯形薄壁侧堰流量和水头、堰顶角度及堰高关系式均满足测流精度要求;不同流量下,壅水高度和水头损失随侧堰堰顶角度的增大而增大,且上游流量和水深及侧堰堰顶角度的关系式决定系数高达0.9以上,有助于结合渠道实际情况和灌溉流量确定出合适的梯形薄壁侧堰堰型。     

琴键堰过流水力特性数值模拟

琴键堰是一种新型的迷宫堰结构形式,其特点是相同堰宽、水头条件下泄流能力提升显著,采用RNG k-ε型湍流数学模型,VOF法处理自由水面,建立三维数学模型。通过对不同工况琴键堰体型的模拟计算,获得三维流场水流流态、流速等信息。结果表明:(1)采用Fluent软件对琴键堰进行数值模拟的适用性强,并验证了琴键堰的泄流效果显著;(2)琴键堰的三维流场流态复杂,具有三元水流的性质,堰上水头的变化影响琴键堰的泄流能力;(3)上、下游处水流呈明渠流状态,速度最小,为0.2m/s,流经堰体时形成水舌,流速增大,水舌与堰壁间空腔处有通气孔掺气,形成漩涡区,气体流速2m/s,水舌入水后有水气混掺。利用数值模拟技术,使获得的流场信息更加详尽,为进一步研究琴键堰流场特性奠定基础。     

溢流堰过堰流动的数值计算

工程上溢流堰的过流能力以及堰面压强分布多采用水工模型试验方法确定。利用三维的流动数学模型,κ-ε模型封闭紊流,流体体积分数法(VOF)追踪自由表面,对一座WES实用堰和一座宽顶堰的过堰水流进行了数值模拟。模拟计算结果与物理模型试验结果对比表明,WES实用堰的流量系数计算值为0．4953,其实验值为0．4842,二者仅相差2％左右,计算的堰面压力与实验值吻合较好;计算的宽顶堰流量系数也与实验值非常一致。数值模拟方法是可行的。     

曲线形布置溢流堰的应用及其过流能力的分析

介绍了在引水式小水电站压力前池宽度不变的情况下，采用曲线形布置溢流堰的情况。由于加长溢流堰长度，可以有效地增大溢流堰的泄流能力。从而减小了因机组弃荷溢流而导致引水建筑物规模扩大的弊端；达到降低工程造价的目的。     

有压泄水洞淹没出流出口扩散的水流特性

人能量方程算出了有压水洞出口扩散的流量计算公式，与不扩散情况比较，公式的分母中增加了一项出口扩散的局部阻力系数。讨论了出口扩散对洞内压强的影响。     

迷宫堰水力特性的试验研究

迷宫堰轴线在平面上呈折线形,其溢流前沿长度比一般直线堰增长几倍乃至十几倍,故它具有溢流能力大的特点。本文在现有迷宫堰研究成果的基础上,全面地试验、分析了迷宫堰的水力特性,并对诸多影响因素作了简化和取舍,从而给出了简明实用的迷宫堰流量系数计算法;同时,根据工程设计的需要,提出迷宫堰淹没标堆和淹没系数计算法,并结合工程实践,提出迷宫堰水力设计的准则。     

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。     

多孔拦河闸的水力特性研究

为了研究拦河闸的水力特性,针对某拦污工程,通过1∶70整体水工模型试验,对各工况下拦河闸的流态、流速、流量和冲刷等水力学参数进行对比分析,得出流量系数、冲坑范围和深度及上游水位壅水高度,对多孔拦河闸的泄洪能力、消能防冲和上游淹没进行验证,进而对原方案运行方式、电站船闸处导墙长度进行优化设计并提出合理的建议。优化结果表明:拦河闸进水平顺,水面光滑衔接,流速分布合理,流量满足要求;下游流态良好,冲坑深度和冲坑下游坡度满足要求;上游淹没范围满足要求。该研究可对类似工程理论分析及设计提供参考价值。     

涵洞过鱼通道典型挡板水力特性研究

作为现代水利工程建设中河流修复的一种特有手段,涵洞的基本功能除了作为路桥系统的输水通道之外,还要为工程所在流域水生动物能顺利通过障碍提供一条通道。但国内关于涵洞式过鱼通道水力设计方面的文献较少,我国涵洞式鱼道在修建过程中可供参考的理论依据非常有限。在分析国外涵洞式鱼道相关试验数据的基础上,对偏移式(OB)、槽堰式(SWB)和堰式(WB)3种典型挡板的水力特性及流场分布特征进行了归纳,得到了无量纲流量、水深、坡度与流速的关系表达式,比较并分析了3种挡板的工作性能。研究成果将为国内涵洞式鱼道的内部改造和水力设计提供理论依据与参考。     

环形波纹钢管涵洞式鱼道水力特性数值模拟

环形波纹钢管涵洞式鱼道内波纹的粗糙度可以使边界附近产生足够低的流速,鱼类可以由此游向上游。对3种流量0.05,0.07,0.09 m3/s,3种埋深0D,0.1D,0.2D,坡度0.4%工况下,环形波纹钢管涵洞式鱼道内水面线、流速场和紊流场分布分别进行了数值模拟研究。结果表明环形波纹钢管涵洞中,高流速区（无量纲流速大于0.9）位于涵洞过水断面中心区域,高紊流区（紊流强度大于0.2）位于水面中心附近。在涵洞底部边壁附近较大区域内,由于流速较小,紊流强度也较低（紊流强度小于0.1）,鱼类可以由此顺利完成上溯。相比无埋深式涵洞,嵌入式涵洞内平均流速较小,紊流强度变化较为平缓,更有利于鱼类的洄游。     

竖井旋流放水洞水力学特性三维数值模拟分析

采用气液两相流混合模型,选取标准k-ε紊流模型封闭时均方程组,利用VOF(Volume of fluid)法捕捉自由水面,速度与压力耦合方程组求解时使用半隐式SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)算法,对某水电站竖井旋流放水洞的水力特性进行数值模拟研究,得到流态、流速、压力等水力要素的分布规律以及总消能率。数值模拟结果与模型试验成果进行对比,两者符合较好,进一步验证了模型试验推荐体型的合理性,同时为下一步体型设计提出建议,对工程应用提供参考依据,并具有实际意义。     

某拦河闸底流消能工消能防冲试验研究

通过物理模型试验,对某拦河闸底流消能工进行消能防冲试验,测试和分析不同开度下的水闸运行流态、流速分布及上下游水流衔接状况,研究成果可供工程设计参考。     

引黄涵闸引水涵洞地基竖向应力分布规律

黄河水闸引水涵洞受力分析多用刚架模型,其地基竖向应力σy分布规律对地基反力形式具有直接影响。对黄河河南段31座引水闸从结构形式(包括涵洞纵剖面和横断面特征、混凝土强度、线刚度等)、涵洞上部填土高度、基础土质等方面开展调研,并主要依据设计竣工图进行了引水涵洞特征归纳分析,总结了涵洞的主要特征,并以此为依据利用数值仿真模拟方法对典型涵洞地基竖向应力σy分布规律开展研究。结果表明,地基竖向应力分布使用六次多项式可以反映其规律。给出了采用弹性地基边界进行涵洞受力分析的建议。     

泄洪闸溢流堰面流挑坎布置研究

低水头泄洪闸溢流堰挑坎出口挑角和坎高对其下游出流面流流态影响较大。在两个泄洪闸工程面流消能试验成果分析的基础上,对其溢流堰挑坎挑角和坎高对面流流态的影响进行了分析。研究表明,若挑坎坎高a较小时,可适当增大挑坎挑角θ值,以增大挑坎面流运行的泄洪流量和下游水深的范围;低水头泄洪闸面流消能的溢流堰挑坎挑角一般可采用10°~15°,当挑坎挑角增大至15°时,可较明显增大挑坎形成面流而不产生回复底流的下游水深的范围,扩大了面流运行的水深区间,有利于工程的安全运行。     

浅谈堤防涵闸工程项目施工质量管理

文章结合三个堤防涵闸工程实例，对如何进行堤防涵闸工程项目的质量管理，进行一般性阐述，并就如何提高其它类似工程施工质量提出建议。