灌区排沙漏斗悬板开孔率优化研究

排沙漏斗是高含沙河流水利工程中的重要泥沙处理工程手段，具有广泛的工程应用前景。在排沙漏斗设计中，在悬板非溢流区开孔可以获得更好的水沙分离性能。以某灌区渠首排沙漏斗为工程背景，探讨不同悬板开孔率对排沙漏斗工程效果的影响。结果表明，10%的悬板开孔率工程效果最佳，推荐在工程设计中选用。     

简支梁开孔对板内力的计算与研究

基于水电站尾水池顶板开孔的工程实例,通过建立简支梁开孔的计算模型,采用有限元的分析方法,对不同孔口位置结构的内力与变形进行计算,探讨了板上开孔结构内力的变化规律。     

夏特水电站排沙漏斗模型优化

通过对夏特水电站引水排沙设施双排沙漏斗进行水力学模型试验,将原设计方案的漏斗直径、悬板高度、排沙底孔、底孔偏心距和进口涵洞等结构的关键尺寸进行了优化。上游干渠段在通过设计流量112.8 m3/s时,设计的排沙漏斗悬板高度不满足要求,导致干渠中水深过大,原设计方案的边墙高度不能满足过流要求。提出采用降低悬板高度、增大偏心距等方法来满足工程的要求。试验结果表明,在降低悬板高度、改变偏心距之后,干渠中水深明显降低,并且两个排沙漏斗中都易形成稳定的空气涡,提高了排沙率。     

排沙漏斗悬板径向坡度对流场影响的试验研究

为了弄清楚溢流悬板径向坡度改变对排沙漏斗流场的影响,通过物理模型试验方法,利用粒子图像流场测速技术(PIV)对悬板径向坡度分别为0、0.087、0.173、0.259时的排沙漏斗模型三维速度场进行了量测,并结合排沙漏斗工作原理对各工况下的切向速度、径向速度、垂向速度及流线进行了对比分析。结果表明:随着悬板径向坡度增加,漏斗室内旋流强度增大,空气涡面积增大,排沙耗水率降低,泥沙颗粒向室内运动机率增大,淤积在悬板上的可能性减小;悬板坡度对漏斗室内的二次流强度和形成位置影响较大,其中坡度为0.173时二次流最为稳定,坡度为0.259时,无二次流形成,不利于底部泥沙输移至排沙底孔;垂向速度分布结果表明坡度为0.259时过渡区垂直向上流速较少,泥沙落淤悬板或者随流溢出的机会最小,但垂直速度相比切向速度和径向速度而言较小,且过渡区范围很小,对悬板落淤和截沙率的影响可以忽略不计。     

万家寨排沙孔设计探讨

经对万家寨水利枢纽排沙孔进行设计，分析了电站坝段设置排沙孔的必要性；讨论了不同的布置型式，进口高程的选择及坝前冲刷漏斗的作用。排沙孔能防止发电进水口淤堵，保证门前清，减少有害粒径过机，在理论分析，工程类比及模型试验的基础上选定了一机一孔的排沙设计方案。     

立柱排布方式对悬沙排沙漏斗水沙分离性能的影响

为了获取立柱的排布方式对排沙漏斗水沙分离性能的影响规律,通过室内试验对进流量、含沙浓度不同时双排立柱并排布置和交错布置的排沙漏斗的水沙分离性能进行研究。结果表明：无立柱时漏斗悬板淤沙波痕峰值、底板淤沙冲沟的曲率和冲深均最大,立柱并排布置时次之,交错布置时各值均最小;与未加设立柱相比,并排布置排沙耗水率最大增加4.01%,交错布置排沙耗水率最大增加4.25%,加设立柱后漏斗室内的切向流速、螺旋流强度和二次流强度及范围均减小,交错布置相对于并排布置削弱更为明显。并排布置的室内淤沙质量比交错布置减少3.10%～4.76%,底孔排沙率增大0.90%～1.23%。工程设计时,考虑到立柱并排布置时的底板淤积量、底孔排沙率、泥沙总截除率和排沙耗水率与不加立柱时较为接近,故可按照并排方式布置立柱。研究成果可为排沙漏斗悬板支撑系统的优化设计提供参考。     

泾惠渠排沙漏斗悬板事故原因分析及设计更改

泾惠渠排沙漏斗工程是引进新疆农业大学周著教授等人发明的“漏斗式全沙排沙技术”，原设计钢悬板在试通水运行刚结束，上部斜拉钢丝绳依次出现断裂，池壁立柱倾斜，随即悬板结构塌落。设计上分析了导致结构失稳的种种原因，经与试验单位协商，重新对模型改进优化，采用在悬板表面设置空腔，缩小过水断面，加大流速，直至悬板表面不再有淤沙沉积，解决了板面泥沙超载问题。并将悬板改为钢筋混凝土下部支撑形式，该形式结构简单，受力作用明确，全部荷载由基础灌注桩承担，安全可靠。     

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。     

某水库排沙孔调度对坝前冲刷漏斗影响的试验研究

坝前冲刷漏斗排沙是高含沙水库排沙的重要方式,对维系水库的长期安全运行具有重要意义.现以某水库为例,利用模型试验的方法研究排沙孔调度对坝前冲刷漏斗影响.结果显示,提高泄洪流量、采用双孔排沙以及低水位排沙可以取得更好的排沙效果.     

促淤板水流特性数值分析

在航道整治和河道治理工程中，常使用促淤结构来促进泥沙淤积、保护洲滩。结合导板结构与透水结构的特点，提出一种新型促淤护滩结构——开孔促淤板。为进一步分析开孔促淤板的促淤拦沙效果，基于RNG k-ε紊流模型建立了三维开孔促淤板水流数值模型，并通过物理模型试验对数值模型进行验证。计算分析了流速、开孔率、相对单孔面积等因素对流速、减速率的影响，拟合得到最优开孔率与最佳单孔面积的预测经验公式。结果表明：相对单孔面积对板前流态影响较小，对板后的流速、流态及减速区的形成有影响；开孔率越大，板后减速效果越差，开孔率为30%时，近底区域减速效果最好；来流流速会影响开孔促淤板的减速效果，来流流速为0.2 m/s时减速效果最好。     

排沙漏斗截沙率计算

排沙漏斗是经过15年系列模型试验及原型观测研究成功的排沙设施,该设施工程设计时的截沙率一般通过试验测得。文章根据多年原型工程的运行经验,分析了影响排沙漏斗截沙率高低的主要因素,通过量纲分析给出了各因素与截沙率之间的函数关系,结合室内系列模型试验,运用数值分析的方法推导出排沙漏斗截沙率的计算公式,并利用实际工程的原型观测资料对所推导的公式进行对比验证。结果表明,该公式的计算误差不超过±5%,可供今后排沙漏斗工程设计计算参考。     

坝前冲刷漏斗形态的试验研究

根据黄河沙坡头水利枢纽电站排沙孔的试验研究，对影响坝前冲刷漏斗形态的因素进行了归纳分析，并对漏斗的坡降、冲深提出了一些看法，供设计部门参考。     

挑跌流水垫塘透水底板水动力特性试验研究

结合具体工程模型试验,研究了水垫塘透水底板不同开孔率对上举力的影响.结果表明:在采用透水底板这一新型消能方式减小底板上举力的情况下,不同的开孔率对水垫塘不同位置的底板上举力会产生影响,同时还分析研究了脉动压力空间积分尺度与水垫塘底板上举力的关系,并根据试验的实测数据提出了本工程上举力的预测公式.文中所阐述的透水孔开孔率对不同位置底板上举力的影响趋势,可为同类工程中透水底板的设计与施工提供一定的参考.     

开孔垂荡板的水动力特性试验研究

Spar平台的垂荡板一般会有开孔以安装垂直立管等生产构件。为研究开孔对垂荡板水动力特性的影响,该文采用强迫振动试验方法对不同开孔率的垂荡板的附加质量系数和粘性阻尼系数进行了研究,对相同开孔率不同开孔孔径垂荡板的水动力特性进行了比较分析。通过三块开孔垂荡板的多板试验及与单块开孔垂荡板试验结果的比较,得到了开孔垂荡板水动力系数随板间距的变化情况。研究成果对实际工程中垂荡板的优化设计以及相关数值计算具有一定的指导意义。     

Ⅱ型和H型立柱对排沙漏斗水沙分离性能的影响大流量进水工况下主隧系统水气运动特性

为获取不同立柱体型对排沙漏斗水沙分离性能的影响规律,通过室内试验对不加设立柱、加设Ⅱ型和H型立柱支撑系统的排沙漏斗水沙分离性能进行研究。试验结果表明：无立柱时空气涡贯穿排沙底孔,涡径最大,清水区面积最大,漏斗室内的螺旋流强度最大;加设Ⅱ型立柱后空气涡产生偏移,涡径减小,清水区面积减小,漏斗室内的螺旋流强度减小;H型立柱下空气涡偏移距离最大,涡径最小,清水区面积最小,漏斗室内的螺旋流强度最小。相较于加设H型立柱,Ⅱ型立柱支撑系统下排沙漏斗的总截除率、泥沙排出率、漏斗室内淤积量、排沙耗水率与悬板下方不加设立柱时相近,为保证悬板安全及较高的截除率,可采用Ⅱ型立柱作为支撑体型。     

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。     

开孔促淤板周围水流紊动特性试验研究

为深入了解开孔促淤板周围的水流特性,通过室内概化水槽试验分析了开孔促淤板前后的水流紊动特性,采用声学多普勒流速仪(ADV)测量了开孔促淤板前后典型断面上的三维瞬时流速,分析了典型断面上的时均流速、紊动强度、雷诺切应力和紊动能的分布规律。试验结果表明:板后近板区出现回流区,且回流区与开孔促淤板格栅位置相对应;板后水流相对紊动强度、雷诺切应力及相对紊动能明显大于板前,开孔促淤板对板后近板区水流影响较大;随着与开孔促淤板距离的增大,回流现象消失,流速变化趋于稳定,水流相对紊动强度减小且最终趋于稳定,相对紊动能出现折减且折减率逐渐降低;靠近近板区xOy面雷诺切应力大于yOz面雷诺切应力,靠近下游xOy面雷诺切应力与yOz面雷诺切应力相差较小。     

可更换梁段腹板开孔的梁柱节点滞回性能研究

为解决钢框架梁柱节点焊缝脆性破坏及震后修复问题,提出一种带腹板开孔型可更换梁段的钢框架梁柱节点。通过ＡＢＡＱＵＳ建立有限元分析模型,分析腹板开孔半径和开孔位置对新型节点滞回性能的影响。结果表明:所有模型的塑性铰均出现在可更换耗能梁段处,非耗能梁段基本处于弹性阶段,能在震后实现可更换耗能梁段的修复。研究表明,新型节点的承载力随腹板开孔半径的增大而减小,腹板开孔半径对新型节点滞回性能影响较小。给出腹板开孔半径和开孔位置的取值范围,为工程设计提供参考。     

试论水库排沙底孔进水口前冲刷漏斗形态的主要影响因素

水利工程中普遍设置底孔来泄洪排沙。当底孔闸门开启后,近孔水流向孔口汇集,孔口前河床在大流速水流的动力作用下,甚易发生局部冲刷而形成冲刷漏斗。此冲刷漏斗的出现有利于防止孔口淤堵和减少粗沙入孔。关于冲刷漏斗的稳定形态,以往曾提出了一些经验估算方法。本文根据黄河上游刘家峡等大中型水库的实测资料,对影响底孔前冲刷漏斗稳定形态的因素进行了分析,指出其主要影响因素是坝前泄流条件、来水来沙条件和坝前淤积物的物理化学特性,并建立了定量估算冲刷漏斗稳定形态的公式,对实际工程中合理设计底孔型式的基本原则亦作了简短的陈述。     

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。