漏斗式全沙排沙设施模型试验及原型观测

漏工全沙排沙设施是一种排沙耗水量小、截沙率高的泥沙处理技术。有关其清，浑水流场特性试验分析表明，漏斗室内部水流特性有利于水沙分离和泥沙的排除。在工程实际应用中取得了良好的效果，平均耗水量为电站引水流量的２．７１％；粒径为０．２５－０．５０ｍｍ的泥沙排除率为９６．１０％。     

全沙排沙漏斗浑水流场特性及输沙规律

本文通过全沙排沙漏斗三维流场的测试，分析了清、浑水流场流速分布特性和泥沙输移规律，揭示了因泥沙的存在使清、浑水流场流速分布产生了较大的差异和高效输沙的原因。     

大古水电站坝前排沙运行方式与排沙漏斗形态

为给实际工程排沙设施的设计和布置提供依据,基于1∶60整体模型,根据淤积泥沙扬动流速相似原理,试验研究大古水电站2条排沙廊道和1个底孔在不同运行方式下坝前库区的排沙效果和排沙漏斗形态。结果表明:排沙洞开启顺序对最终排沙效果影响不大;深水条件下,坝前排沙漏斗形态主要受泥沙特性决定,非黏性沙的排沙漏斗坡度接近于淤积泥沙水下休止角;大古水电站排沙设施的设计方案具备保证电站进水口"门前清"的条件。     

水电站泄流排沙建筑物的布置和规模的探讨

解决多沙河流上电站的泥沙问题，减少对机泥沙对叶轮的磨损，设置泄流排沙建筑物并具有适当的规模是基础条件，电站排沙建筑物布置应在吸取已建工程经验教训的基础上，综合各学科的研究成果后确定，力求达到既有效，安全，又经济，合理。河道汛期流量，坝前冲沙漏斗特性，泥沙对水轮机的磨损特点、泥沙沿垂线方向颁规律和发电水位与流量大小是排沙孔位置，尺寸选定的重要依据。     

漏斗排沙在陕西省泾惠渠灌溉供水中的应用

许多传统的沉沙设施因只能排除引水中40%左右的来沙,但排沙耗水量亦要占引水量的30%,致使这些设施90%以上都搁置或报废。新建沉沙池投资大,占地多,使许多管理单位难以承受。漏斗式排沙技术利用三维漏斗涡流特性所独有的水沙分离作用,还承受科氏力的影响,水沙分离作用显著。泾惠渠排沙漏斗直径60m,是目前国内最大的排沙漏斗。其应用证明漏斗排沙是解决陕西省多泥沙河流引水的重要途径。     

黄河沙坡头水利枢纽泥沙淤积特性试验研究

黄河沙坡头水利枢纽水头低、库容小、泥沙量大 ,泥沙问题突出。利用水文系列年泥沙模型试验揭示了枢纽泥沙淤积特性 ,如在弯道水流作用下坝前库区的泥沙淤积、河床电站进口淤积漏斗形状、电站排沙孔排沙效果以及电站尾水渠泥沙冲淤变化等。在模型设计中 ,着重考虑含沙水流宾汉切应力对水流挟沙能力的影响 ,并利用非恒定流的河床冲淤方程推求了冲淤时间比尺     

深水孔口前冲刷漏斗形态研究

本文通过清水动床模型试验,探讨了漏斗形成的物理机理;从孔前泥沙受力分析出发,由塑料沙、天然沙、电木粉所作漏斗试验和野外实测资料的分析,得到了可以运用于工程实际的孔前冲刷深度的计算公式;接着从理论上分析、并用水流结构试验论证了当坝前壅水、上游无推移质补给时,漏斗的坡角接近于泥沙的水下休止角并将保持稳定;进而测定了粒径范围较广的天然沙和漏斗模型试验中使用的轻质沙的水下休止角,得到了不同粒径散粒体天然沙水下休止角的计算公式;从而对壅水情况下的漏斗形态问题,给出了一种可行的计算方法.另外,还对泄流规模较大时,常常出现的较缓漏斗的形成条件及主要特点作了粗略分析,阐述了这种较缓漏斗与溯源冲刷的共性与差异.     

渠道不同粒径组泥沙的输移特性

本以灌区实测水沙资料为基础．通过分析悬沙垂线分布，提出泥沙输送的条件，进一步分析不同粒径组泥沙的输移特性及对渠道泥沙淤积的影响。指出粗沙是造成泥沙淤积的关键．阐述不同粒径组泥沙都具有多来多排的特性．但其变化规律有所差异。通过比较多十挟沙能力公式．最后给出适应簸箕李灌区挟沙能力的具体表达式。     

黄河中,下游引黄灌区渠道水流挟沙能力的研究

引黄灌区渠道水流挟沙能力是工程设计的关键参数。本文在分析灌区引水引沙条件特性及影响渠道泥沙冲淤因素的基础上，提出了采用相对平衡含沙量方法，即根据已建灌区输水渠泥沙冲淤特性确定水流挟沙能力的特征值。     

排沙漏斗流场特性与排沙机理研究

排沙漏斗是一种截沙率高、耗水率小的二级泥沙处理设施。为了进一步探明排沙漏斗的流场特性和排沙机理,该文采用声学多普勒流速仪(ADV)对排沙漏斗立轴螺旋流进行了三维流场测试,采用雷诺应力模型(RSM)和VOF方法数值模拟了排沙漏斗内清水流场,计算的水流时均流速分布与实测结果吻合良好。通过数值模拟方法得到了全面详细的排沙漏斗流场结构信息,并据此分析了排沙漏斗的排沙机理,提出二次流是排沙漏斗能够顺畅高效排沙的关键。     

FLOW FIELD CHARACTERISTICS OF THE SAND FUNNEL AND ITS MECHANICS OF SEDIMENT TRANSPORT

The flow in funnel chamber is typical three-di-mensional flow. The experimental results of clear water flowfield and muddy water flow field show that the flow character-istics in the funnel chamber are favorable to the separation ofwater and sand. Tangential velocity sustains the vortexstrength of the funnel chamber, axial velocity is benefit to thesediment sinking, and radial velocity is benefit to sedimentmoving to desilting hole. So the sand funnel is successful insediment disposal. The sand funnel projection has also gooddesilting effectiveness in practice. Its average flushing dis-charge is 3% of inlet canal discharge, the sand disposal rate is100% for the sand with grain diameter of more than 0. 5mm,and is more than 90% for the sand with grain diameter of lessthan 0. 5mm.     

燕子崖电站防沙和排沙设施的选择

传统的防沙和排沙工程措施主要有定期冲洗式沉沙池和连续冲洗式沉沙池两种,这些传统技术不能满足高效节能的防沙和排沙要求。通过定期冲洗式沉沙池、连续冲洗式沉沙池、排沙漏斗进行比选,并通过水力计算和对比论证分析。结果表明:排沙漏斗产生稳定的螺旋流,水流流速较大,加速泥沙向中心的排沙底孔和漏斗底部运动;而定期冲洗式沉沙池、连续冲洗式沉沙池中不存在稳定的螺旋流。排沙漏斗具有结构紧凑,工程量和投资最少,泥沙分离率较大,耗水率较少,所以排沙漏斗是一种经济、高效节水的防沙和排沙设施。     

排沙漏斗水流结构及对输沙过程的影响

经过十多年研究与总结，新疆农业大学相继推出了两种不同型式的排沙漏斗结构形式，分别用于排除来流中的推移质及悬移质泥沙。模型试验及部分原型观测的资料表明，其排沙效果好，且耗水量小。本文首次利用激光多普勒测速仪（ＬＤＡ）测试了其中一种结构形式排沙漏斗的三维螺旋流流场，对其时均流特性及紊动特性进行了分析和研究。同时还分析了其对输沙过程所产生的影响，为进一步优化此类型排沙漏斗的体型打下了基础     

基于大涡模拟的悬板径向坡度对排沙漏斗流场特性影响数值模拟

为了解悬板径向坡度改变对排沙漏斗流场的影响,文章采用了大涡模拟和VOF相结合的方法对悬板径向坡度i=0、0. 083、0. 173、0. 259时的排沙漏斗水气两相三维流场进行了数值模拟,并采用离散相颗粒轨道模型(DPM)模拟了悬板径向坡度不同时排沙漏斗对粒径0. 001～0. 1 mm颗粒的截除率。模拟结果表明:随着径向坡度增加,切向流速先增大后减小或趋于恒定,说明室内涡流强度并不是随着悬板径向坡度的增大而单调增加,存在一临界的坡度使室内涡流强度达到最大值;坡度i=0. 173时悬板上方区域(除溢流表层外)径向和垂向的合速度方向平行于悬板径向底坡且指向漏斗中心,使该区内的泥沙被再次输运至漏斗室而不易随溢出水流流出,减少了泥沙进入下游和沉降落淤于悬板的机率。颗粒截除率模拟结果也表明i=0. 173时的漏斗对各级粒径颗粒截除率最大,也表明悬板径向坡度存在一临界值使漏斗截除率达到最大值。     

乌斯图河渠首的排沙漏斗设计

乌斯图河底栏栅式渠首进入引水渠中的泥沙，是采用排沙漏斗进行二次处理的。排沙漏斗不同于其它型式的沉沙池，它具有竖向螺旋水流结构，能连续引水排沙；其排沙流量仅占漏斗设计流量的７％左右，排沙率大于９０％，是节水型的排沙设施，这对于干旱缺水的地区有着现实的意义。本设计考虑了上游引水渠和下游冲沙廊道布置对漏斗水流整体的影响。该工程自１９９２年建成至今，引水排沙效果良好。     

排沙漏斗的水流特性试验研究及其工程应用

根据排沙漏斗模型试验资料，通过对比分析排沙漏斗清、浑水流场特性，初步探明了排沙漏斗的水流结构和输沙机理。同时，排沙漏斗的原型观测和实际应用表明，排沙漏斗的实际工程应用是成功的，与曲线沉沙池和厢形沉沙池等传统工程措施相比，它具有截沙率高、排沙耗水量小、造价低等特点。     

侧向水流作用下均匀沙休止角变化的试验研究

散体沙动水休止角是表征沙丘、沙洲等散体沙堆积体稳定形态的重要特征参数,在岸坡稳定分析、坝前冲刷漏斗形态研究中有着广泛的应用。采用室内试验的方法研究了侧向水流作用下不同粒径天然均匀散体沙水下休止角的变化规律。结果表明:在水流流速超过泥沙颗粒起动流速后,天然散体沙水下休止角随流速增大而减小,且减小的速度随着流速的进一步增加而更加迅速;相同流速条件下,粗颗粒泥沙的水下休止角大于细颗粒,其对流速变化的敏感度也低于细颗粒。基于侧向水流边坡上泥沙颗粒的受力分析,引入相对流速概念,初步建立了侧向水流作用下均匀散体沙动水休止角计算公式及其简化形式。     

1-7河流泥沙10组分界粒径述评

从分界理论和分界阈值等方面,对泥沙分类、球体泥沙沉速、单矿质泥沙、黏粒溶胶、泥沙絮凝、泥沙触变、淤积初始干密度、沙波初始形态、推移质悬移质、床沙质冲泻质等冲积河流泥沙10组分界粒径(分界阈值上界为2.0 mm、下界为0.001 mm)进行了概述,给出了10组分界粒径的特性表和“谱系表”。10组分界粒径的本质核心是粗沙与细沙的划分;基于属性分类方法,10组分界粒径可划分为主要基于泥沙特性(第Ⅰ类),依赖于泥沙与水流两者特性(第Ⅱ类),依赖于泥沙、水流和河床演变三者特性(第Ⅲ类)3种类型;基于确定性分类方法,又可划分为分界意义明确和分界阈值确定(A类)、分界意义明确性较差或者分界阈值确定性较弱(C类)、介于两者之间(B类)3种类型。归纳提出了粗沙与细沙分界粒径、分界粒径与临界流速、泥沙沉速与起动流速等有关河流泥沙分界粒径的讨论问题和研究课题。研究成果提升了河流泥沙分界粒径的系统性和重要性,建立了泥沙“微观”特性与河流“宏观”特性之间的联系。     

水库坝前冲刷漏斗形态三维水沙数学模型研究

利用"动刚盖法"处理自由表面边界,结合水库坝前水沙运动规律导出坝前局部床面泥沙边界条件及泄流初期河床滑塌变形的判别条件,通过坐标变换建立坐标系下水库坝前冲刷漏斗形态三维水沙数学模型.分别利用正向和侧向底孔泄流条件下冲刷漏斗水槽试验资料对模型进行验证.模拟结果表明,不同泄流方式下底孔附近三维水流结构、横断面、纵剖面及平面形态特征等均与实测资料基本一致,模型关于自由表面边界、近底泥沙交换条件、河床纵坡、横坡滑塌处理是合理的.