不同消能型式下高坝泄流水力特性分析

高坝泄流主要有挑流、底流、戽流三种基本消能型式,通常需要采用水工模型试验进行复核及优化,本文采用RNG k-ε紊流模型与VOF方法,对挑流、底流和戽流三种不同泄洪消能型式进行了全域三维数值模拟,求解高坝下游消能区流场,从消能区水流流态、压力、临底流速等关键水力因素方面,研究了不同消能型式下高坝泄流水力特性,并为实际工程消能防冲初步设计提供了重要参考依据。     

双洞式溢洪洞三维流动的数值模拟

本文采用k-ε双方程紊流数学模型,对甘肃九甸峡水电站左岸双洞式溢洪洞联合泄洪情形下从库区,进水口,溢流堰,陡坡,反弧段直至下游斜坡的全流场进行了数值模拟研究。获得了水深、流速、压力、空化数等水力要素的沿程分布规律。计算结果与模型试验的对比分析表明,数值模拟能够较好地模拟溢洪洞的泄流过程。根据研究的结果,提出了对左岸1号及2号溢洪洞进口形式和堰面体型的修改意见。     

戽流的三维大涡模拟研究

本文采用大涡模型和VOF模型对台江水电站模型戽流消能试验进行了三维数值模拟，数值仿真所得到的水位流量关系曲线、水面线与试验结果吻合得比较好，可作为工程设计、运行管理的依据。同时计算结果还能反映水面波动，与试验观测到的现象基本符合，为进一步深入研究水力波动和下游冲刷的大涡数值模拟提供了基础。     

戽流消能水力特性数值模拟

采用RNGκ-ε紊流模型,结合气液两相流VOF模型以及标准壁面函数法对干捞水电站戽流消能水力特性进行数值模拟。得到了在设计洪水位条件下溢流坝下游河床自由水面、压强、流场分布以及消能影响范围等水力特性的变化规律。通过模拟结果与电站实际运行情况进行对比分析可知,本方法能够准确模拟出戽流消能的各项水力特性,并且为消能工的设计和优化提供参考依据。     

低流速孔板流量系数的分析

孔板用于压力管道中测量流量,相对于消能作用其特点是过流量小、流速低,而资料介绍的孔板流量系数都由模型实验得出。格鲁吉亚卡杜里电站采用跨流域引水方式,其引水道模型实验中采用此测流方法经济实用。本文采用标准k-ε湍流模型对孔板流场进行数值模拟,得到流速分布和流量系数,通过模型实验对低流速孔板的流量系数进行了验证,两者结果完全一致。在上述电站引水道模型试验中采用孔板测流的流量系数,试验结果完全满足精度要求。     

窄缝式消能工在多洞联合泄洪中的应用研究

长河坝水电站为典型的高水头、大泄量的电站,多洞联合泄流,采用挑流消能方式,此类工程对下游河道的消能防冲具有很高的要求。为解决初始阶段水工模型试验挑流消能不充分、水舌空间流态较差的现象,结合工程实际和以往经验,以大比尺水工模型试验为手段,比较了2#泄洪洞在等宽和窄缝挑坎两种形式下单独泄洪和联合泄洪的消能防冲效果,进一步验证了窄缝挑坎和扩散挑坎的有机结合在多洞联合泄洪过程中所体现的优越之处。本文的研究成果对同类型的消能防冲设计有一定的借鉴意义。     

大型水电站泄洪雾化计算分析

本文采用随机喷射数学模型,对白鹤滩水电站泄洪雾化过程进行模拟,分析了泄洪条件、水舌风场、及下游地形对雾化降雨分布的影响。研究表明,白鹤滩电站坝身深孔泄洪时,下游雾化降雨区纵向范围超过1000m,两岸爬升高度超过200m,暴雨中心降雨强度达800mm·h-1以上,泄洪洞泄洪时下游雾化范围可达750m,暴雨中心降雨强度约600mm·h-1。雾雨分布的计算结果可为下游岸坡防护与建筑物布置的设计提供参考。     

虎家崖水电站泄洪消能布置优化研究

甘肃舟曲县白龙江虎家崖水电站枢纽采用闸坝联合泄洪、底流消能的布置方案。通过水工模型试验，论证方案的可行性并针对上游导墙造成的流态问题及下游消能冲刷所存在的问题进行了优化。     

高水头大流量岸边溢洪道窄缝消能工研究与实践

水布垭大坝是目前世界上建成的最高面板堆石坝,采用岸边溢洪道泄洪布置方式,具有泄洪流量和泄洪落差大、消能区河道狭窄、河床基岩软弱、两岸有大型滑坡体以及地下电站尾水出口临近泄洪消能区等特点。通过系统的水力学模型试验研究,解决了大型岸边溢洪道在复杂条件下的泄洪消能和地下电站尾水出口防淤等关键问题,其多项创新研究成果均应用于工程实际。工程建成后的运行实践表明,岸边溢洪道新型消能工的泄洪消能和电站尾水出口的防淤都达到了预期的目标,其试验研究成果可供同类工程借鉴。     

重力坝下游宽尾墩和消力池联合消能工水力特性试验研究

某水电站是目前采用＂宽尾墩＋消力池＂联合消能工中坝高最大的水电工程,加之流量大,洪峰频率高,泄洪建筑物运用频繁,其泄洪消能问题十分突出。本文通过水工模型试验研究,对表孔宽尾墩体型设计参数进行了优化,同时对比分析了长、短消力池的流态、水面线、压力分布、临底流速等水力特性,提出了一个水力学较优的消能工体型布置方案。实测结果表明,消力池底板时均冲击压力高达42.9（9.81kPa）,脉动压力高达10（9.81kPa）.恰当增加消力池长度对于降低消力池出池水流波动和减轻下游河道冲刷有利。试验成果已为实际工程的消能防冲设计提供了重要的参考依据。     

布西水电站泄洪洞阶梯消能布置方案数值模拟研究

对布西水电站泄洪洞采用紊流数值模拟方法,在设计水位3301.69m的工况下,进行了不布置阶梯、在不同位置布置阶梯及布置不同长度阶梯的八种组合方案的数值模拟计算.数值计算结果与模型试验结果验证表明,本文采用的数值模拟方法是合理可行的.对阶梯起始布置位置的计算结果表明,阶梯起始位置布置在流速较大处,其消能率会较高,但流速过大时(Fr>7.0)阶梯处容易形成射流,达不到增加消能率的目的.对不同的阶梯布置长度的计算结果表明,阶梯起始位置不变的情况下,随着阶梯布置长度的加长,消能率提高,且呈非线性变化;但当阶梯布置长度大于一定长度后,其消能率增加不明显.本文研究成果对陡坡泄洪洞采用阶梯消能的布置设计有重要的理论指导意义.     

三峡梯级电站水体溶解氧的累积影响分析

三峡-葛洲坝梯级电站的联合调度能有效调控泄洪,同时也会带来水中溶解氧浓度增高,甚至出现超饱和问题,危及下游鱼类的生存环境。本文通过建立水流运动和溶解氧浓度分布的数学模型,模拟了气泡传输的物理过程、溶解氧超饱和现象及梯级电站的累积效应,模型得到实测资料的率定和良好验证。结果表明,所建的数值模型能够较好地描述高速水流的运动特征和溶解氧输移扩散规律。在不同洪水流量下,利用这一模型预测了三峡-葛洲坝联合调度后下游溶解氧的超饱和状况,当流量大于30000m3/s时,葛洲坝下游庙嘴断面的饱和度将大于118%,是很需要注意的问题。     

泄洪洞下游低频噪声数值模拟预测研究北大核心CSCD

针对泄洪洞泄洪时下游环境中的低频气压脉动强度预测问题,通过紊流数值模拟,分析了泄流流速分布特征,开展了涡结构识别,研究了涡量脉动特性,并结合涡声理论对如美水电站多洞联合泄洪工况进行了泄洪诱发低频气压脉动预测。结果表明:涡结构主要分布在泄流水舌入水点及其下游,即水流剪切作用剧烈的部位,水垫塘存在大量的发卡涡和马蹄形涡等大尺度涡结构;涡量脉动在0~2 Hz范围内存在多个优势频率,泄洪涡量脉动可能诱发相应频率的低频气压脉动;各工况下预测声压级最高可达140 dB以上,但声波在水-气界面及雾化液滴耗散作用下,水垫塘周边1 km范围内,衰减后的低频声压级最大约122 dB。     

增设检修平台对泄洪消能影响的水力特性试验研究

为了研究低水头、大单宽、低弗汝德数、下游水位落差变幅大的闸坝工程在其表孔消力池末端增设检修平台对泄洪消能的影响，以喜河水电站为例，采用水工模型试验的方法，对比进行了未设检修平台以及增设三个不同高程的检修平台等方案的试验，分析研究了在不同高程的检修平台下其泄流能力、流态、流速、压强、下游冲刷等水力特性的变化规律，试验最终得到了检修平台的最佳高程，希望能为以后的类似工程提供一定的借鉴意义。     

边宽尾墩体型对边墙区域水流水力特性的影响研究

本文采用模型实验和数值模拟方法对Y型宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化消能进行分析研究,Y型边宽尾墩在满足泄洪消能条件下,侧收缩角设置不佳,会出现水流飞溅出边墙的问题。通过实验结果,比较分析三种不同体型边宽尾墩的整体水流流态、墩后水翅、溢流坝面时均压强、消力池时均压强及流速分布发现,边宽尾墩侧收缩角分别为19.03°、17.07°、19.98°、13.80°和19.98°、7.0°时消力池内水流流态均较好,其消能效果较好。当边宽尾墩侧收缩角为19.98°、7.0°时,水流不飞溅出边墙。     

空中水舌运动特性研究

随着水电建设的发展,我国大型水电工程多在狭谷地化修建,泄水建筑物的泄洪消能是水利枢纽设计中必须妥善解决的重要问题。利用坝顶和坝身孔口泄洪是通常采用的泄洪方式,其出口消能多采用挑流消能,在进行枢纽布置及泄水建筑物设计时,往往希望事先了解水舌扩散后的水流情况。但是目前关于水舌在空中扩散消能的研究尚不能满足设计要求,本文重点对水舌的扩散规律、水舌内的流速公布及其能量损失进行了研究。     

挑流泄洪雾化的水滴联合信息熵数学模型

当挑流水舌高速冲击下游水面时，在下游空间会形成大量的运动水滴，如何确定这些水滴粒径的分布已成为一个重要的科学问题。气象上各类降雨滴谱常用Gamma分布来拟合，在泄洪雾化水滴粒径分布的建模中，也多采用Gamma分布来模拟其滴谱分布，但是这种方法缺乏物理意义，而且计算的精度不高。为克服Gamma分布的不足，基于最大熵增方法，提出了一种在非平衡开放体系下的水滴宏观和微观的联合信息熵分布模型，并建立误差函数的方法对模型参数进行求解。计算结果表明，本文构建的联合分布模型的计算结果与实验数据吻合最好，在不同工况下，联合模型计算结果比Gamma、传统最大熵分布计算的结果决定系数分别高3.5%、25.3%，均方根误差分别低72.4%、79%。在不同的工况下，液滴平均直径之间存在等成正比关系，为泄洪雾化粒径分布的预测提供了理论基础。     

糯扎渡水电站进水口分层取水数值模拟研究

为减免水电站下泄低温水对下游河段生态环境的影响,糯扎渡水电站进水口拟采用分层取水方案。结合糯扎渡水电站进水口两种取水方案（双层取水方案和多层取水叠梁门方案）,采用k-ε紊流模型对不同形式进水口的水力学特性进行了三维数值模拟,在进水口水头损失、流速分布以及流态等方面进行了分析和比较,从水力学方面论证了分层取水方案的可行性。数值模拟结果得到了物理模型试验结果的验证。     

核电机组二回路碳钢给水管道节流孔板下游流动加速腐蚀数值模拟研究

使用计算流体动力学方法对核电机组二回路碳钢给水管道节流孔板下游的流场分布进行数值模拟,研究了入口流速和倒角角度对节流孔板下游流场和传质系数分布的影响。基于Sanchez-Caldera流动加速腐蚀(FAC)预测模型,计算分析了节流孔板下游FAC速率及分布与入口流速和倒角角度的关联性。结果表明：模拟结果和实验结果趋势基本一致;当倒角角度一定时,传质系数和FAC速率随入口流速的增加整体呈上升趋势,并且FAC速率峰值位置向下游略有偏移;当入口流速一定时,倒角角度的减小使得FAC速率峰值位置向孔板靠近,传质系数和FAC速率峰值在倒角角度为45°时最小。     

白山大坝定期检查对几个主要工程问题的安全评价

对白山坝基抗滑稳定、泄洪雾化和溅水对下游的破坏及影响,左岸抽水蓄能电站施工、下游消能塘开挖对大坝安全的影响等问题进行分析和评价。