锥形阀消力池优化试验研究

对崆峒水库输水洞平板闸门改建为锥形阀后的消力池进行了模型试验研究。锥形阀消力池内流态稳定,池末端水流没有直冲消力坎且没有明显的水面跌落,消能效果较好。试验结果分析表明：当流量不同时,消力池的最优体型亦有所不同。     

岸边溢洪道侧面挑入消力池消能方式研究

本文提出了一种岸边溢洪道从侧面分散挑射出流,利用与之平行布置的已有消力池来消能的布置形式,采用模型试验和数值模拟的方法对溢洪道的水力特性以及消力池内的水流流态等进行了研究。结果表明,在适当的位置取消侧墙,并配合底板的适当倾斜,可使部分水流从侧面沿程均匀跌入消力池,溢洪道另一侧边墙末端采用圆弧收缩至消力池边墙处,可使其余水流从跌射水流上方挑射进入水力池,从而在消力池内形成一"∩"形入射水舌,使溢洪道出射水流充分拉伸扩展,分散进入消力池,避免对消力池底板造成较大的冲击。采用这种布置形式,既不影响其它泄洪建筑物泄洪时消力池的正常运行,又充分利用了已有消力池的后半部分供溢洪道消能,可大大节约工程投资。     

X宽尾墩应用与发展的试验研究

本文在总结传统宽尾墩与普通X宽尾墩消能工所存在问题的基础上,通过思林水电站泄洪消能建筑物的试验结果分析,提出一种新型X宽尾墩消能工。该消能工体型简单,能满足表孔泄洪流量变化范围大、消力池纵向长度小、尾坎低的要求。与传统宽尾墩对比试验结果表明,消力池水流消能充分、下游河道水面波动小、消力池底板脉动小、满足工程安全运行的需要。     

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。     

与宽尾墩联合使用的消力池体型优化研究

与宽尾墩联合使用的消力池体型不同,消力池临底流速就会出现不同的分布规律。通过对工程实际中已经存在的几种消力池体型的分析,借助鲁地拉工程试验模型,对与宽尾墩联合使用的消力池体型进行了探索研究。研究结果表明,坝脚处设置双圆弧嵌槽+池末端复合式尾坎组成的嵌槽式消力池,在保持原传统戽式消力池体型整体水流流态不变的条件下,可以利用双圆弧嵌槽对消力池近底水流进行导向,导向后的水流既减小了消力池水流近底流速,又使近底水流的部分旋滚上移,充分利用了消力池中上部水体的紊动消能作用。实测消力池近底流速减小幅度平均在15%~30%之间。脉动压强的测试分析结果表明,最不利运行工况时,嵌槽对脉动压强均方根的减小有一定效果。     

基于“附加动量”水跃理论消力池的优化研究

尕干水库因地形原因,在模型实验时发现消力池的设计存在着一系列问题。由于消力池结构的特殊性,左侧有一支沟会进入消力池,支沟与消力池连接段有一底坡1∶100的护坡,消力池水流流入支沟护坡形成一个较大的逆时针回流,对工程带来极大破坏。为了改善这一不良流态及对支沟附加来流的处理,将"附加动量"水跃理论应用到溢洪道消力池的优化设计当中,并通过模型试验验证,对调整过后的消力池的水流流态。压强特性、流速特性及消能机理进行分析。结果表明,优化过后的消力池水流流态良好,有效地消除了回流。压强、流速分布合理,该消力池结构优于常规消力池,因此消能率能达80%以上。消力池尺寸满足工程要求。     

低弗劳德数水流辅助消能工空蚀问题研究

辅助消能工的空蚀问题是水利工程中重点关注的问题之一。本文针对水利工程中常遇到的消力墩表面空蚀破坏问题进行了试验研究,提出通过两种方法解决空蚀问题:采用消力池+不完全宽尾墩+消力墩联合消能工和圆化消力墩棱角。试验结果表明:采用联合消能工不仅能够减小底流流速、减轻水流对消力墩的冲击力,而且能够提升消力墩表面的空化数、有效提高消能率。适当圆化消力墩棱角可以降低初生空化数;还能减轻紊动、提升空化数,从而提高消力墩的抗空蚀能力。     

红石水电站消能方式改变对电站运行的影响分析

红石大坝溢流堰堰型为WES实用堰,溢流坝采用消力斛消能形式。在实际运行中发现,目前的消力斛存在消能效率低,对下游河床及岸坡淘刷严重现象。通过造成破坏的原因分析与模型试验,采用底流与消力池结合的消能方式,实际运行证明,改造后的消能方式改变了原来消能效率低,对下游河床及岸坡淘刷严重的现象,取得了良好应用效果,值得在同类工程中进一步推广应用。     

天桥水电站新增泄水建筑物布置型式研究

水电工程泄水建筑物布置型式的不合理,会造成上游进口和消力池中的水流流态紊乱,影响建筑物的过流能力、新增机组的进流条件以及护坦的消能效果.通过水工模型试验,经过分析研究,提出天桥水电站新增泄水建筑物中的消力池中隔墙、新建冲沙底孔、进口左侧消力墩及进口右岸导墙的体型优化布置方案,经模型验证,效果良好.     

无人测量系统在消力池水下地形测量中的应用

GPS-RTK与测深仪的组合测量手段是现代水下地形测量的重要技术手段,本文采用该测量技术与无人船技术融合,构建了适用于消力池的水下地形测绘无人测量系统,并应用于亭子口水利工程的表孔消力池水下地形测量实践。文中系统地阐述了消力池水下地形无人测量系统的工作原理、标准化作业流程以及水下地形三维构建方法,结合测绘数据和三维模型,对消力池测区的溢流坝段、护坦、尾坎、防冲段、河道衔接段的高程变化趋势进行分析。结果表明：汛后亭子口表孔消力池结构完整,边界清晰,水质良好,从溢流坝段至尾坎处的护坦表面淤积程度均较小,池区尚未发现明显的堆积体或结构异常,受基岩和围堰卵砾石堆积体影响,防冲段与下游衔接段高程增加显著。无人测量技术的使用,提高了消力池水下地形与淤积分布的获取精度与时效性,具备显著的应用研究价值和推广意义。     

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。     

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。     

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。     

达拉河口水电站工程侧槽溢洪道及台阶消能设计

台阶式溢洪道是近几年发展起来的新型消能形式。达拉河口水电站工程溢洪道经过水力计算与水工模型试验，设计中选择侧槽溢洪道及台阶消能，减少了边坡开挖量与高边坡的支护处理措施，简化了消能工程，节约工程投资费用。水库建成蓄水后，运行情况良好。     

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.     

基于逐步逼近思想的改进蓄能增量最大模型

传统蓄能增量最大准则未考虑水电站发电效率的影响,并以时段平均值近似计算蓄能增量,无法真实反映水电站调度目标。针对上述不足,首先引入能效系数来反映水电站对水能资源的利用能力,对传统蓄能增量最大准则进行了改进;其次采用逐步逼近算法对改进蓄能增量最大准则中各水电站的能效系数进行了优化计算,并建立了基于逐步逼近思想的改进蓄能增量最大模型;最后以堵河流域潘口、小漩梯级水库为研究对象进行了实例计算。结果表明,所建模型科学合理,通过模型计算能够有效提升梯级水库蓄能,增加梯级水电站的发电效益;相比于现有模型,该模型对应的优化效果更加明显,能够为“以电定水”模式下的生产实践提供更加有效的指导。     

不同台阶数的过渡阶梯对阶梯溢流坝面压强及消能特性的影响研究

宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化消能工很好的解决了我国由于大单宽流量和高水头等引起的高速水流问题,该消能工常采用过渡阶梯连接宽尾墩与阶梯溢流坝。本文基于阿海水电站溢流表孔,应用水汽两相流VOF计算方法的三维RNG k-ε湍流数值模型,速度与压力采用PISO耦合的算法方式,利用几何重建格式对水气交界面附近进行插值的非恒定流迭代求解,对1个高2 m、宽1.5 m台阶组成的过渡阶梯,2个高2 m、宽1.5 m台阶组成的过渡阶梯,3个高2 m、宽1.5 m台阶组成的过渡阶梯和原工况四种方案的宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化消能工进行三维流场数值模拟。结果表明:各方案均在首级阶梯内产生负压,且前三种工况在首级阶梯固壁压强分布基本一致,竖直壁面最大负压均出现在桩号22.56 m附近,其最大负压(-0.899 k Pa)较原工况最大负压(-4.469 k Pa)小。同时前三种工况水平壁面最大负压(-0.597 k Pa)较原工况最大负压(-3.898 k Pa)也小。即过渡阶梯的台阶数对负压分布影响不大。在消能方面,有2个台阶组成的过渡阶梯对阶梯溢流坝的消能率最高(为34.205%),其中过渡阶梯的首级台阶对阶梯溢流坝的消能效果影响最大。     

基于SVR-GA算法的跌扩型消力池优化研究

消力池的优化设计一直是水利工程中的热点课题。传统的消力池优化方法往往采用试错法。试错法不但效率低,而且在设计过程中很难兼顾多个优化目标。因此,建立一套系统性的、目标定向的优化方法十分必要。研究以位于四川省广元市的大寨水库消力池为例,采用SVR回归模型（support vector regression,SVR）建立优化变量（跌坎高度d、突扩比β和尾坎坡度θ）与优化目标（消能率?E/E1、临底流速v）之间的近似模型,并采用遗传算法（genetic algorithm,GA）求解该近似模型,得到一个优化后的消力池体型。对比优化前体型,优化后的消力池消能率几乎不变,但最大临底流速明显降低,底板时均压强分布趋于均匀,消力池综合性能得到了提高。结果表明,提出的优化方法同样适用于类似水工建筑物的体型优化设计问题。