泄洪洞窄缝燕尾组合挑坎试验研究

采用物理模型试验的方法,在综合考虑燕尾挑坎、窄缝挑坎2种消能工各自特点的基础上,针对长河坝水电站2^#泄洪洞挑流水舌所必须达到的挑射效果,进行了窄缝燕尾新型组合挑坎的试验研究。从挑坎内部水流流态、出挑水舌形态以及下游消能防冲效果3个方面进行了燕尾挑坎、窄缝挑坎以及新型组合挑坎之间的对比试验。研究结果表明新型的组合体型兼有燕尾挑坎与窄缝挑坎的优点,它在改善坎内水流流态、水舌形态、减轻下游河道冲刷方面起到了重要作用,同时也满足2^#泄洪洞出挑水舌的限制要求。试验的研究成果可供类似工程参考。     

燕尾型挑坎在李家岩水库溢洪道中的应用

针对李家岩水库下游消能防冲问题,通过1∶30水工模型试验对比了传统连续坎和新型燕尾型挑坎下游挑射水舌特性及河道冲刷形态。试验结果表明:燕尾型挑坎对上游来流的适应性好,起挑流量要求更小。燕尾坎体型下挑射水舌底缘偏离底板程度随单宽泄量的增加而增大,造成近端挑距越小。燕尾型挑坎相比连续坎水舌的横向扩散明显减弱,且沿水流方向充分拉伸,整个水舌落点范围呈狭长型,从而避免了对狭窄型水垫塘或河道两侧岸坡的冲刷,燕尾型挑坎更加适用于狭窄型河谷。燕尾坎体型下挑射水舌的落水范围总体相比连续坎得到伸展,有效减小了入水单宽流量,下游河道的水体波动及冲刷均有所减弱。在试验和类似工程的基础上总结得出了燕尾型挑坎的体型设计原则,相关研究成果可供其他工程参考。     

高重力坝挑坎体型及水力特性对比

基于水工模型试验方法,利用几何比尺为60的黄河古贤水利枢纽水工模型,研究了连续式、窄缝式、差动式、燕尾式、直边窄缝燕尾式及曲面窄缝燕尾式共6种体型挑坎的水舌特性及水垫塘底板的压强特性。结果表明:连续式挑坎水舌呈连续且集中的形态;当挑角为30°时,窄缝式挑坎并未呈现纵向拉伸的水舌形态,内外缘挑距大,入水宽度小,冲击压强与脉动强度较大;差动式挑坎水舌呈现分层分股的形态特征,入水宽度变大,冲击压强与脉动强度减小;燕尾式挑坎水舌纵向呈扫帚状,水舌面积增大,在空中扩散、掺气、摩擦消散充分,入水宽度大大增加,沿程时均压强未出现冲击压强且脉动强度最大值比连续式、窄缝式及差动式挑坎分别降低59.5%、69.8%和39.4%;曲面窄缝燕尾式挑坎横向收缩与纵向拉伸效果比直边窄缝燕尾式挑坎好,且横向收缩有利于近坝区水体紊动及削弱二道坝区水体紊动;燕尾式挑坎有利于水垫塘底板稳定和下游消能防冲,对于类似高重力坝挑坎体型选择具有一定参考价值。     

泄洪洞挑坎对比研究

挑流消能是中高水头泄水建筑物采用比较多的一种消能方式,具有构造简单,便于维护以及可以节省下游护坦修建成本等优点。挑流消能有燕尾坎、窄缝坎、斜切坎等型式,通过优化比对,由于燕尾坎侧墙动水压强较小,入水长度相对于窄缝坎有所减小,但是没有明显加剧河床的冲刷,是一种实践表现优异的挑坎形式,该挑坎尤其对泄洪洞轴线与主河槽中心线交角相对不大且河槽宽度较小的情况具有非常好的适应性。事实上,在多种挑坎均能够实现水舌与主河槽良好衔接的前提下,燕尾坎是综合表现最优的一种挑流消能工形式,故而选型时可以优先考虑燕尾坎。     

挑坎水舌运动轨迹控导措施研究

依托某工程泄洪洞出口消能工体型优化试验,对常规挑坎、平面扩散型和纵向扩散型消能工（窄缝挑坎）的挑坎水舌特性进行了对比研究,其中重点对窄缝挑坎消能工鼻坎体型对水舌运动轨迹、水舌形态、入水范围的控导作用进行了初步探讨。研究结果表明：通过侧墙非对称偏向、出口局部偏转等措施实现挑坎水舌运动方向的控导效果,适应下游河道边界特殊需要,较好地解决了工程消能难题,可为同类型工程提供参考,但鼻坎体型、尺寸等参数与水舌运动轨迹的定量关系仍有待进一步深入系统研究。     

拱坝中孔平底与跌坎窄缝消能工对比试验

结合大花水水电站中孔泄水道的水力学模型试验,对拱坝泄水中孔平底和跌坎两种窄缝消能工进行了对比试验,指出：平底窄缝消能工水流冲击工作弧门支铰,水舌纵向拉开不够充分,不能满足工程需要;跌坎窄缝消能工水流不冲击弧门支铰,且水舌纵向拉开长度明显增大,在各种水头下均能形成形态良好的窄缝水舌,解决了该泄水道的高速水流问题。     

高拱坝坝身表孔和深孔水流无碰撞泄洪消能试验研究

宽尾墩和窄缝收缩式消能工具有使水流横向收缩、垂向扩散及纵向拉长的功能。本文将宽尾墩和窄缝挑坎分别应用于高拱坝坝身表深孔，并对表孔和深孔出口不同体型组合进行了联合泄洪消能效果的模型试验研究。试验结果表明，当表孔采用宽尾墩、深孔采用窄缝挑坎时，获得了窄长的下泄水流流态，表孔和深孔水舌空中相互穿插下落，不发生碰撞，不仅实现了无碰撞消能的目的，有助于降低泄洪雾化的强度，而且水垫塘底板冲击动压减小。本消能方式可以充分利用下游河道的纵向空间，特别适合于狭窄河谷中的高拱坝坝身泄洪。     

窄缝式消能工的水力特性及其体型研究

研究窄缝坎挑流的水流特性、消能要求及其体型参数的选择 .窄缝使水舌出流挑角增大 ,水舌纵向拉开 ,形成水流变形耗能 ,且加剧了水流紊动、水舌破碎而掺气的耗能 ,使消能效果增加 ,冲刷减少 .提供了不同收缩比与水舌出流挑角变化关系的试验成果及水舌纵向拉开值的估算公式 .     

高水头泄洪隧洞消能防冲试验研究

对高水头水电站泄洪洞出口挑坎水力特性和下游河道冲刷特性进行了试验研究,对比分析不同挑坎形式对冲坑位置、范围及深度的影响,指出:对称斜切挑坎水舌纵向扩散充分,落水区呈窄长条状,可以充分利用下游河道的纵向空间,特别适合应用于狭窄河谷中的高拱坝工程泄洪。     

白虎潭水库溢流坝泄洪消能方式研究

白虎潭水库溢流坝采用挑流消能,溢流堰面采用WES堰型.原挑流鼻坎采用常规等宽鼻坎,挑流水舌入水宽度大于下游河床宽度,水流落入下游河道后,落水集中,造成下游河床及岸边冲刷严重.经水工模型试验研究,推荐的台阶式堰面+差动挑坎+边墙末端局部收缩方案,使下泄水流归槽宽度减小、纵向及竖向充分分散,水舌入水面积增大,消能率增加,下游河道消能问题得到了有效地解决.     

某抽水蓄能电站狭窄河道挑流鼻坎优化及下游防冲设计试验研究

针对某抽水蓄能电站下游的狭窄河道斜交挑流消能问题,对连续坎、窄缝坎和异型坎等不同类型鼻坎进行对比研究,推荐挑流水舌落点优、冲坑深度小的折线型贴角斜鼻坎为设计方案。为确保工程安全,对设计方案下游河道的水流流态和动床冲刷开展试验研究,结果表明,下游河道左岸岸坡附近流速较大,坝下0+260.00下游100m范围内冲刷严重,应对两岸和基础进行防护。研究成果可为类似工程的挑流消能鼻坎的选型和防冲设计提供参考。     

柳树沟水电站泄洪消能试验研究

结合新疆开都河柳树沟水电站溢洪洞及泄洪洞挑流鼻坎体型优化的试验研究,通过调整鼻坎体型,提出了一种适合于窄泄槽、高流速、泄槽与河道交角大、窄河道的异型窄缝鼻坎.这种鼻坎水舌不仅能沿纵向、竖向拉开,还能横向有所扩散,使水舌覆盖消能区较大范围,削弱了岸边回流,减轻了河床冲刷,且有效地控制了水舌落水位置、范围及分布,减少淤积体对电站尾水抬高的影响.     

基于降雨分析的窄缝挑坎消能工水翅特性研究

通过建立窄缝挑坎消能工物理模型,模拟研究出射水流的激溅水翅问题。通过调整窄缝挑坎体型参数( 弗氏数Fr、收缩比 β、挑角 θ)以获得不同出射水流条件,进行对比试验分析水翅的成因及其引起的降雨量区域强度变化趋势,甄别影响水翅形成及其强弱变化的主要水力参数,总结其变化规律。研究表明,窄缝消能工水舌的外缘挑距和入水长度均会随着弗汝德数Fr的增加而增大,挑坎下游典型区域的雨量分布亦随之发生变化;随着窄缝收缩角的增大,急流冲击波波角逐渐变小,水翅向岸边扩散的角度变小,冲击波交汇点距离窄缝出口更近,降雨向岸边扩散的范围也逐渐变小;此外收缩比与水舌外缘挑距和入水长度变化成反比。本研究成果可进一步加深对窄缝挑坎消能工水力特性尤其是水翅形成机理的认知,为工程实践提供优化依据。     

窄缝式消能工的水力特性及其体型研究

叙述了窄缝坎挑流的水流特性，消能标准及其体型Lα，β,b,B的选择，窄缝使水舌出流挑角θ2增大，水舌纵向拉开。试验提供了不同β与θ2变化关系的试验成果及水舌纵向拉开值的估数式，解决了水力计算中的这一问题，可供工程设计人员参考。     

溢洪道出口窄缝挑坎特性研究

消能工体型的选择在水利工程设计中至关重要。采用RNG k-ε紊流模型与VOF方法对泄洪过程中溢洪道与水垫塘内的水流进行水气二相流三维数值模拟,研究窄缝型挑坎消能工的水流特点及规律,结果显示,数值模拟计算的水深、水流流态、入水角度等参数与模型试验结果吻合较好,验证了数值模拟的可行性。在此基础上,计算分析了窄缝型挑坎收缩段水流及空中水舌的水力特性,以及水垫塘底板压强分布规律,确定出窄缝型挑坎最大压强所在位置及空中水舌流速变化规律。研究结果表明：窄缝型挑坎束窄水流作用明显,其空中水舌同一横断面的最大流速位置基本相同,同一纵向断面垂向流速差沿程逐渐减小,挑坎收缩段底板处流速大小呈抛物线形分布,而压强分布沿程呈现3个区间3个趋势的分布规律。研究成果可为实际工程中同类型消能工的设计提供参考。     

燕尾坎不同体型参数对其水力特性影响研究

为研究燕尾坎不同体型参数对其水力特性的影响,文章基于黄河古贤水利枢纽工程水工模型,采用物理模型试验的方法,选取不同开口处挑角和燕尾宽度进行试验,分析对比不同体型参数下的内外缘挑距以及水垫塘的冲击压强和脉动压强。试验结果表明:开口处挑角主要通过影响内缘挑距来影响水舌纵向拉伸程度,随着开口处挑角的不断减小,水舌入水宽度变宽,水垫塘内冲击压强和脉动压强逐渐减小;燕尾宽度主要通过影响外缘挑距来影响水舌纵向拉伸程度,随着燕尾宽度的不断增加,水舌入水宽度变宽,水垫塘内冲击压强先减小后增大,脉动压强逐渐减小。研究结果可为其他消能工程燕尾坎体型的选取提供了依据。     

云龙水库溢洪道泄洪消能设计方案

云龙水库是昆明市掌鸠河引水供水工程的水源工程.泄水建筑物采取泄洪隧洞与溢洪道联合泄洪.溢洪道挑流鼻坎采用不对称窄缝式挑流鼻坎,既可以使水流纵向扩散而达到消能的目的,又改善水舌方向,是理想的挑坎型式.     

非对称窄缝挑坎水力特性研究

非对称窄缝挑坎是针对山区弯曲河道泄洪消能的一种新型消能工。基于水力学模型试验研究了偏转角为0°~10°非对称窄缝的水力学特性,重点分析了挑流段水面线特性、边墙压力分布、挑距及入水范围。模型试验上游来流采用有压装置生成,参照规范建议值选定了窄缝消能工模型的收缩比、挑角等参数。试验结果表明:弗劳德数Fr与非对称偏转角对挑流水面线、边墙荷载、挑距有较大影响。非对称窄缝挑坎可以有效地使挑流发生转向,相比对称窄缝挑坎,在相近的流量下非对称窄缝水舌扩散更为均匀,从而有效减弱了水舌对两岸的冲刷,减小了水舌对河床的冲击力度。     

收缩式窄缝挑流水流特性及挑距的研究

国外五十年代开始采用的窄缝式挑流消能,为解决狭谷河段建坝的消能防冲问题开辟了一条新途径,国内是从七十年代中期开始这方面的介绍、研究与应用的。实践与研究都说明,窄缝挑流是适于狭谷河段枢纽泄水建筑物的消能措施。由于窄缝挑流的挑坎出口断面急剧收缩,其水流条件比较复杂,所以这种消能工有待于进一步探讨。本文仅就收缩段的水流特性及挑距计算问题作一些研究。(一)窄缝挑坎收缩段的水流特性1.窄缝挑坎的起挑水头窄缝挑坎的水舌流态是随上游水头的升高而变化的。底孔上采用窄缝挑坎,水流首先由强迫水跃转化为过渡流态,即水舌主体形成挑流,挑坎内水流表面仍有漩滚存在(图1—a)随水头增高表面漩滚的挑出,且当收     

燕尾坎在忠玉水电站高拱坝表孔上应用研究

为了探究燕尾坎是否可应用于高拱坝表孔,采用1∶80整体水工模型和三维湍流数值计算方法对燕尾坎在忠玉水电站高拱坝表孔上的适用性问题开展了研究,获得了典型工况下燕尾坎挑流水舌形态,并对比了常规连续挑坎与燕尾坎挑坎内的水流形态和流速分布。来流条件相同时,下泄水流经过燕尾坎镂空开口时,在重力作用下铅直方向流速变大。燕尾坎挑坎出口断面水平方向流速值略小于常规挑坎,但铅直向下流速值是常规挑坎的3—5倍。水舌的最近挑距大幅减小,最远挑距略有减小,纵向长度变大,从而形成纵向拉伸水舌。忠玉水电站拱坝表孔采用燕尾坎挑流,可在纵向拉长水舌,避免集中入水;通过调整开口范围和宽度做到下泄流量沿入水范围均匀分布,从而大幅降低水垫塘冲击压强。