小浪底2号孔板洞中闸室突扩突跌式掺气设施原型观测研究

结合小浪底2号孔板消能泄洪洞中闸室的原型试验,介绍了小浪底2号孔板洞中闸室突扩突跌掺气减蚀设施在100 m以上高水头下的水力特性,说明中闸室设计合理,运行安全。     

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。     

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.     

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。     

孔板泄洪洞事故闸门动水下门实验研究

在泄洪洞事故闸门动水下门过程中，洞内可能产生巨大的噪音和强烈的振动。为了保证孔板泄洪洞的运行安全，在理论分析的基础上，对孔板泄洪洞事故闸门动水下门过程进行实验研究。试验中，量测了泄洪洞沿程的脉动压力，事故闸门门井进口的风速等，并观测了孔板洞内的流态和分析了中闸室噪音和振动的成因并提出了相应的措施。     

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。     

小浪底工程2号孔板泄洪洞孔板段压力特性原型观测

为了充分论证小浪底水利枢纽工程2号孔板泄洪洞的可靠性，对其在上游库水位247.9m左右及100m级工作水头下的孔板段压力特性进行了原型观测分析。原型观测与模型试验和理论分析结果的对比研究，加深了对孔板泄洪洞消能机理及运行特性的认识，为孔板洞在更高库水位下运行提供了参考依据。     

吉林台一级水电站表孔和深孔联合消能试验

吉林台一级水电站采用表孔泄洪洞，不与导流洞相结合而单独布置，深孔泄洪洞弧门处不作突扩跌坎并取消出口斜洞段的泄洪建筑物布置体型方案。为了验证该方案两泄水建筑物体型及消能防冲设计的合理性，以最终方案对深孔、表孔泄洪洞主要设计体型方案的试验结果作了联合消能试验。结果表明最终方案总体上是合理可行的。     

某水电站2号孔板泄洪洞水流三维数值模拟

采用k-ε紊流模型模拟某水电站2号孔板泄洪洞三维水流运动,模拟结果与原型试验数据基本一致。通过对数值模拟结果研究,获得了流速、压力和紊动能等水力要素的分布规律,三者均在孔板附近剧烈变化,详细地反映了孔板泄洪洞的消能特性。数值模拟结果表明,用k-ε紊流模型来研究孔板消能的水力特性是可行的,可以与物理模型并用,更为深入地研究内部机理和消能特点,并为孔板泄洪洞的应用提供可靠的参考依据。     

泄洪洞掺气水流模型试验研究

通过1：20大比尺掺气水工模型试验，对小浪底3号孔板泄洪洞中闸室流态、通风情况、压力、掺气浓度等进行了观测和研究。成果表明，泄洪洞在正常运行情况下，通气情况良好，但侧空腔较小，导水板下方及稍后部位存在掺气浓度为零的清水区域，该部位极易产生空蚀破坏；在中闸室范围内底部水汉掺气已具有一定减蚀保护作用。     

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF EMERGENCY GATE SHUTTING FOR ORIFICE TUNNEL

In the process of the emergence gate shutting of one orifice tunnel, a big noise and great vibration may be observed in the mid gate chamber. In order to guarantee the working safety of orifice tunnels, an experimental investiga-tion is carried out in Sichuan University. In the investigation,the fluctuation pressure along the tunnel and the wind velocity in the entry of emergency gate are measured. In the mean time, the fluid state in orifice tunnel is carefully observed and analyzed. The reasons of the noise and vibration in the mid gate chamber are found out and some countermeasures are presented in this paper. The conclusions are useful to the ori-fice tunnels with high water head and huge discharge.     

导流洞改建旋流式泄洪洞研究与应用

我国大多数导流洞为城门洞形断面，若改建旋流洞需要改成圆形断面，致使二期工程量大幅度增加，不经济。结合公伯峡水电站导流洞改建旋流式泄洪洞试验研究，采用收缩墩形成水垫塘的技术，大大缩短旋流洞的长度，同时增加消能力度，使泄洪洞的消能率达85%以上，流速降至15m/s以下，可防止洞内空蚀和下游冲刷，雾化现象，为导流洞改建旋流式泄洪洞的推广应用开辟了新的途径。     

小浪底水利枢纽地下工程设计综述

黄河小浪底水利枢纽是治理黄河的特大型控制工程，为了满足枢纽总布置的要求，在左岸相对较单薄的山体内布置有：３条孔板泄洪洞（由导流洞改建而成）、３条排沙泄洪洞、３条明流泄洪排漂排污洞、６条发电洞、３条尾水洞、１条龙溉洞和典型的三洞室布置的地下厂房，形成了小浪底枢纽洞室群的独特布置格局。小浪底枢纽地下工程规模浩大，其地下洞室的设计各具特点，孔板洞内采用多级孔板消能，排沙洞采用后张法预应力混凝土衬砌结构，不设刚性支护的大跨度地下厂房，这些新技术的采用，为今后高土石坝导流、泄洪、发电问题的处理开创了新路。     

环形溢洪道的试验研究

根据有关设计规范及已建工程运行经验对环形溢洪道的进流流速及流速分布都有严格的限制。结合贯城河排污分洪隧洞工程 ,在来流流速较大 (最大流速 8m/s)且流速分布不均匀 (流速差 4m/s)的水力条件下 ,对隧洞进口射流跌入消能的环形溢洪道进行了试验研究 ,提出了简便可行的防涡设施     

老口航运枢纽泄水闸坝消能防冲设计

老口航运枢纽工程是一座以航运、防洪为主,结合发电,兼顾为改善南宁市水环境创造条件的综合性枢纽.泄水闸坝的消能防冲设计应满足船闸下引航道和电站正常运用的要求,减轻对下游河床的冲刷.通过水工模型试验的验证,泄水闸坝的闸下消力池消能效果基本满足设计要求.     

长距离分洪隧洞输水模型试验相似性研究

针对长距离输水隧洞小比尺物理模型难以满足阻力相似的问题,依托陕西省某县城分洪隧洞工程,通过对进口闸室段过流能力及隧洞段输水能力进行分别验证,实现了在小比尺物理模型上进行隧洞过流能力的试验研究。基于隧洞段内可以形成均匀流的特点,采用明渠均匀流计算方法对模型实测结果进行了计算验证。结果表明：计算流量与模型实测流量的最小差值为11.71 m³/s,最小相对误差为1.93%;基于进口闸室段距离短、局部水头损失远大于沿程水头损失的特点,控制隧洞桩号0＋099.25 m处水深为隧洞正常水深,可直接验证其过流能力,进口闸室段过流量与实测过流量最大误差不超过1.78%;在30年一遇洪水时,推荐方案闸室和隧洞的过流能力相匹配且与模型实测值基本一致,隧洞的分洪流量达到863 m³/s,较设计分洪流量800 m³/s超泄了63 m³/s,超泄流量占设计过流量的7.88%,完全满足设计要求。     

糯扎渡水电站水力设计关键技术研究

糯扎渡水电站枢纽工程由心墙堆石坝、溢洪道、泄洪隧洞及引水发电系统组成;总泄洪功率高达66940MW;溢洪道最大泄洪流量高达31318m3/s,泄洪最大水头182m,泄洪功率达55860MW,采用了预挖消力塘的消能方案;泄洪隧洞工作水头达120m,采用双孔合一的闸门布置形式,高水头大流量的泄洪消能问题十分突出;尾水隧洞和导流隧洞结合,尾水调压井直径达33m,水力设计复杂;通过计算分析和水工模型试验研究,较好地解决了堆石坝枢纽工程中溢洪道、泄洪隧洞的掺气减蚀、消力塘护岸不护底等水力设计难题,并将运用于工程实践。     

高水头大流量泄洪洞内消能工研究进展

为了降低工程投资,提高泄洪安全,防止出口冲刷、雾化和高边坡不稳定现象,近20年来国内外对各种内部消能的泄洪洞进行了研究,部分成果如旋流竖井(洞)、孔板(洞塞)和消力井等内部消能工,已应用到实际工程中。本文对这几种内部消能工的应用条件、消能效果和运行的可靠性进行了比较研究。认为旋流式和消力井式消能工适用于下游水位较低的条件,前者采用连续旋转和扩散消能,消能率高,掺气充分,可有效防止发生空蚀;后者采用井内集中消能,相对而言消能率较低。而孔板(洞塞)式消能工适用于下游高水位条件,其消能率较低,同时为了避免洞内发生高压不稳定气团流动,进水口闸门必须控制在高库水位运行。比较而言旋流式泄洪洞具有较大的优越性。     

小浪底工程孔板洞中闸室及前渐变段结构特性研究

采用三维线弹性有限元法，研究了小浪底水利枢纽孔板洞中闸室段在内压和外压作用下围岩、衬砌混缔造 应力和变位。通过对比分析，找出了结构设计的控制条件，并对通气孔的存在给结构带来的影响和中闸室的整体稳定等问题作出了评价。     

基于明满流瞬变计算方法的大型灌区输水隧洞最优泄水流量计算

为了明确输水隧洞内的明满流水力瞬变过程以及优化泄水闸的泄水流量,介绍了圆形输水隧洞中明满交替水流水力瞬变计算原理和方法。以某大型灌区干渠工程为例,根据窄缝法计算原理,采用显式差分中的扩散法,对圆形输水隧洞中的明满交替水流进行了水力瞬变计算研究。给出了圆形隧洞瞬变流计算的水力要素计算公式,得到了输水流量变化时隧洞不同断面的水深或压力随时间的变化曲线。结果表明:当圆形隧洞水位封顶时,隧洞中的水压力越靠近下游断面,压力突升越剧烈;明流状态下节制闸关闭时间对隧洞内最大水深影响较小,隧洞内的最大水深随着泄水闸泄水流量的增加呈线性减小的趋势,根据数值模拟计算给出了泄水闸合理的设计泄水流量。研究成果可为输水隧洞工程的设计提供借鉴和参考。