曲面贴角窄缝挑坎在玛尔挡水电站中的应用研究

曲面贴角窄缝挑坎是我国发明的一种典型挑流消能工,本文通过将曲面贴角窄缝挑坎与传统直线边墙窄缝挑坎工程类比及结构、受力分析,表明曲面贴角窄缝挑坎具有边墙高度低、消能较充分、所受脉动压强较小、结构稳定性好的特点。针对玛尔挡水电站具有水头高、流速大、下游水位低、泄洪建筑物布置集中的特点,通过水力模型试验,将曲面贴角窄缝挑坎与舌形挑坎、斜挑坎及直线边墙窄缝挑坎对比分析,证实曲面贴角窄缝挑坎水舌入水位置合适、不仅纵向拉开还兼顾横向扩散、冲坑浅、淤积体对电站尾水影响小,可以将其推广应用于坝高超过200m的玛尔挡水电站。     

导流洞挑射水舌的模型试验及数值模拟研究

采用模型试验和数值模拟相结合的方法对导流洞挑射水舌的水力特性进行了研究。原设计连续挑坎存在水舌落砸本岸基岩的问题,改为斜切挑坎予以解决;采用RNG k-ε紊流模型计算了三维流场,再现了水舌的空中形态,对比沿程水面线、出口流速和水舌挑距,计算结果与测量数据吻合较好。研究结果表明：对于中低流速的斜切挑坎,挑角以15～25°为宜,高坎出口的表面流速明显小于低坎出口的临底流速,会导致高坎出口挑距明显缩短,理论分析时应考虑挑坎高差对流速的影响。     

窄缝挑坎出流水舌出射角的计算

从窄缝挑坎收缩段水流的连续方程和能量方程入手，推导出了水流出射角的计算公式。分析了影响窄缝挑坎水流的出射角的各种因素，确定了水流出射角计算公式中参数的计算方法，从而能够计算直墙窄缝挑坎出流水舌的出射角。     

挑流水舌入水喷溅试验研究

随着我国水利水电事业的发展,雾化问题受到人们越来越多的关注.本文以水利水电工程中出现的挑流泄洪雾化为研究对象,通过专项溅水模型试验研究,得到了泄洪雾化范围的雨强等值线图.在所得试验数据的基础上,应用线性最小二乘法推出雾化溅水区纵向范围的估算式,并分析了影响溅水区范隔的一些主要因素,如水头、入水角、挑坎型式、水垫塘型式等.分析表明:水头对雾化范围影响最大、入水角次之、挑坎型式的影响最小,并且狭窄河谷中的雾化问题比宽阔河谷严重得多.这些研究成果对深入了解泄洪雾化机理、正确设计物理模型试验和设置数值模型参数有很重要的指导意义.     

复杂空中碰撞下泄流雾化的数值预测

为预测高坝泄流空中碰撞水舌的雾化特征，根据泄流水舌平面局部碰撞和立面多重碰撞模式，提出了联合雾化源场和雾化雨场特征的雾化预测调控方法，并依托旭龙水电站开展实例应用。计算表明：挑坎体型的改变会引起雾化源和雾化雨场的重分布；优选体型Ⅱ在耦合不利风场作用的五千年一遇和百年一遇泄洪工况下，前工况较后工况的暴雨区范围均增大，纵向边界向下游延长50 m，桩号边界值为0+895 m，左右岸最大高程分别增加9 m和13 m，分别超过最大坝顶高程69 m和55 m；优选体型Ⅱ在耦合不利风雨场作用下的暴雨区基础防护纵向范围为0+(-3 m) ~ 0+862 m，左右岸控制高程分别为2382 m和2370 m，校核防护的纵向范围为0+(-9 m) ~ 0+938 m，左右岸控制高程分别为2391 m和2371 m。研究结果可为相关雾化工程的影响评价和防护决策提供参考。     

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。     

溢洪洞出口挑流鼻坎优化试验研究

针对长益庙水库泄洪时下游岸坡淘刷严重这一问题,在挑坎前段溢洪洞YD+152.076-YD+168.875断面加了一对同心圆弯道的基础上,对原方案挑流鼻坎形式做了4种舌形挑流鼻坎修改方案。通过分析比较其挑距、扩散、冲刷等水力特性,最终认为修改方案三各水力参数较优,满足下游消能防冲要求,且施工难度不大,将之定为最终的挑流鼻坎推荐方案。另外,通过各舌形挑坎和原方案挑坎的对比分析,进一步明确了舌形挑坎在增强水流横向扩散方面的优越性。     

挑流水舌入水喷溅的水滴生成数值模型研究

挑流泄洪雾化与水滴的生成及运动特性密切相关，其中水滴的生成问题是一个关键。本研究使用欧拉方法和拉格朗日方法相结合，提出了一种新的数值模型，用于模拟挑流水舌入水喷溅的水滴生成。首先，采用流体体积法获取挑流水舌的形态、速度和湍流动能等背景场信息。然后，利用液滴破碎的能量平衡理论构建特征参数，计算喷溅水滴的生成位置和数量。最后，使用拉格朗日方法追踪水滴的运动轨迹，并将模拟结果与水工模型试验数据进行对比。结果表明，模拟获得的水舌挑距、水滴生成位置、水滴群分布和降雨强度分布与水工模型试验的观测情况和数据高度一致，验证了模型的准确性，为挑流泄洪雾化研究提供了新思路。     

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。     

色拉龙一级水电站泄洪消能建筑物布置方案比选

老挝色拉龙一级水电站为坝后式厂房水电站,洪水流量、泄洪功率和单宽流量较大.在本工程泄洪消能建筑物设计时考虑到地形地质条件、运行调度、施工难度和泄洪消能效率等因素,通过多方案对比分析,最终选择了4孔14m×17m的表孔和挑流消能作为本工程的泄洪消能方案.经实际运行检验,该方案泄洪流态及消能效果良好,各项水力指标满足要求.     

基于水工模型试验的前坪水库溢洪道优化设计研究

针对前坪水库枢纽工程设计方案的前期水工模型试验表明，前坪水库导流洞、溢洪道、泄洪洞整体设计布置合理，上游库区来水平顺，库区水面较为平静，各建筑物敞泄时无大的不良流态，各建筑物泄量满足设计要求，但由于溢洪道位于主坝左岸的山坡垭口处，受库区横向水流影响，进水渠左右岸导墙前部水流流态存在横向偏流，影响水流过闸流态。为较好改善水流流态，对溢洪道进口右侧6种导墙型式进行了试验研究，同时在选择其推荐方案体型的条件下，对左侧导墙优化体型做了3种工况的试验研究，起到了设计优化的效果，也为其他工程提供参考和借鉴。     

许家崖水库溢洪道消能防冲方案模型试验研究

许家崖水库溢洪道中的水流为低弗劳德数水流,消能不充分是这类工程布置中的普遍问题。此外,溢洪道进口后方的弯道一定程度上恶化了溢洪道中的流态。为了得出更为合理的布置及消能防冲方案,通过模型试验的方法,从底流消能和挑流消能两个方面,分别对原设计方案进行优化,在各种优化方案的基础上对比了单级消力池消能方式、两级消力池消能方式和挑流消能方式之间的水流流态和消能效果,最终推荐挑流消能方式为工程较为经济合理的消能形式。     

泄洪洞出口体型对挑流消能效果的影响研究

为了宣泄洪水并提高泄洪灵活性,许多大型水利水电工程中布置了岸边泄洪洞,并且大都采用"挑流+水垫塘"的消能型式,因此泄洪洞出口的体型对消能效果有显著影响。本文结合某水电站工程实际,针对不同泄洪洞出口体型方案下的水垫塘消能效果进行了对比研究,分析了各体型方案下的消能效果,从水垫塘底板冲击压强、出水垫塘的水流流速等方面对消能效果进行了评价。并从中选取了最优的体型应用于工程设计,提高了泄洪洞水垫塘的消能效果,这对工程的安全运行十分有益。     

漫湾水电站缩短射流冲击厂房顶时间的调洪计算

本文介绍了漫湾水电站１９９３年非正常渡汛，利用左双中孔、左岸泄洪洞及左、右冲沙底孔调节洪水，缩短表孔无闸门控制自流溢流射流冲击厂房顶时间的研究成果。经汛期调度运行结果，大大缩短了冲击时间，保证了厂房安全和机组正常发电，达到了预期效果。     

高拱坝分层多股射流水垫塘冲击压强研究

针对表孔采用宽尾墩深孔采用窄缝坎新型消能形式,利用物理模型试验研究表深孔联合泄洪形成的分层多股射流在不同流量比情况下对水垫塘底板的动水冲击压强特性的影响。建立了表深孔流量比对水垫塘底板的动水冲击压强变化的关系,实验证实了上游水股产生的水垫对下游水股冲击压强确实具有减小的作用,水垫塘内流态稳定,消能充分,深孔射流产生的最大冲击压强随着表深孔射流流量比的逐渐增大而减小。该研究可为实际工程中合理确定分层多股射流流量比提供参考依据,为峡谷区高坝工程的坝身泄洪消能布置及水垫塘的抗冲防护和结构稳定性分析提供有力科学依据。     

某溢洪道挑流鼻坎温控仿真分析

基于某大型水电站溢洪道工程材料特性,采用大型有限元分析软件模拟施工过程计算了不同起浇时间下施工期及运行期溢洪道挑流鼻坎的温度场及温度应力场。计算分析表明,只要选择合理的施工方案,严格按照施工进度进行施工再加上相应的温控措施,挑流鼻坎段的温度应力能够满足设计要求。     

基于雨洪高效安全利用的梯形迷宫堰优化设计方法研究

在来水规模、坝顶高程、堰宽不变且确保水库防洪标准不降低的前提下,利用迷宫堰抬高正常蓄水位,可增大蓄洪能力,提高枢纽蓄洪发电效益。在对迷宫堰的泄流能力分析的基础上,通过控制水位不变,采用非线性规划法研究堰高与侧墙夹角的关系;以保证迷宫堰正常泄流、单宫室纵向长度不大于溢洪道控制段长度和大坝安全为约束条件,以最大限度地抬高堰顶高程为目标函数,建立模型,并对模型进行优化及求解。结果表明:当控制水位不变时,在迷宫堰正常泄流范围内,堰高随着侧墙夹角的增大而减小。采用该方法对迷宫堰优化后,当坝顶高程由正常蓄水位控制时,采用迷宫堰可以降低校核水位或设计水位,提高了水库的防洪标准;当坝顶高程由校核水位或设计水位控制时,采用迷宫堰既能保证洪水安全下泄,又能大幅度提高水库的蓄洪能力。     

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。     

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。