某工程阶梯溢洪道试验研究

为了改善溢洪道下游消力池的流态和减轻下游的冲刷,采用物理水工模型试验,对光滑溢洪道及不同高度阶梯溢洪道的水力特性进行了试验研究。研究结果表明,采用阶梯溢洪道之后,能大大提高溢洪道的消能率,减小消力池的入水速度,有利于下游河道及滑坡体的稳定。模型试验成果为工程中溢洪道的优化设计提供科学依据。     

倒V形阶梯与传统阶梯流场特性对比研究

倒V形阶梯溢洪道作为一种新型阶梯溢洪道,具有特殊的流场特性。为探究倒V形阶梯独特的流场特性,在模型试验研究的基础上,采用数值模拟的方法,对比研究了倒V形阶梯与传统形阶梯溢洪道滑行水流流态下的流速矢量分布、压强分布及消能特性。研究结果表明:倒V形阶梯水流结构及压强分布与传统阶梯有较大差异,其分布在溢洪道宽度方向呈现明显的差异,呈现出独特的三维流动特性;倒V形阶梯相较于传统阶梯溢洪道具有更好的消能效果。     

阶梯式溢洪道水平面上时均压强试验研究

通过模型试验研究了阶梯式溢洪道水平面的时均压强,结果表明:阶梯式溢洪道水平面上可能产生负压,负压主要位于水平面上距离阶梯凹角0.2～0.5倍水平阶梯长度处;整个阶梯式溢洪道水平面上最大负压位于2#或者3#阶梯上,掺气均匀段阶梯水平面上基本没有负压产生;阶梯水平面上的压强具有间隔相似性;单宽流量越大,水平面阶梯上压强最大值越大、最小值越小.     

黄庄水库溢洪道阶梯消能工研究

阶梯消能工在大多数水库溢洪道工程中得到应用,但有关阶梯消能工的设计思路并不完善,无法充分发挥溢洪道等水工建筑物消能作用。以黄庄水库为例,应用ANSYS软件构建起水库溢洪道有限元模型,对消能工水面线、流态、流场及压强分布等消能特性展开模拟分析,并对紊动能、紊动耗散规律及溢洪道阶梯消能率进行计算,对水库溢洪道性能的提升具有指导意义。     

缓坡度陡槽溢洪道阶梯消能研究与应用

作为一种新型的辅助消能工，阶梯式消能工得到较多的研究和应用，但以往的研究与应用主要集中于坡度较陡的溢洪道。本文在总结广东省多项水利工程阶梯式溢洪道试验研究的基础上，进行了4种坡度比阶梯溢洪道的模型试验研究，对缓坡度陡槽溢洪道应用阶梯式溢洪道的水力特性进行了研究探讨。给出了阶梯跌坎高度、阶梯跌坎间距等阶梯体形参数对消能效果及流动形态的影响规律，并对缓坡度陡槽溢洪道应用阶梯式溢洪道设计方法进行了探讨，可供类似工程参考。     

溢洪道阶梯陡槽段水面掺气位置试验与计算探讨

外凸型阶梯式消能工是应用于溢洪道陡槽段上的一种新型的辅助消能工。目前溢洪道陡槽段外凸型阶梯式消能工已在水利工程中得到了应用,但对此类型阶梯式消能工水力特性的研究成果仍较少。本文在5种坡度比和不同阶梯体型(包括阶梯高度、阶梯间距等参数)的阶梯陡槽溢洪道水力模型试验研究的基础上,对溢洪道阶梯陡槽段水力特性进行研究探讨,分析了陡槽段坡度比、阶梯跌坎体型参数等对溢洪道陡槽段泄流流态的影响,并将阶梯陡槽段泄流分为光滑水流区和掺气水流区两部分,提出了外凸型阶梯陡槽段水面掺气断面位置和水深的计算公式。本文研究成果可为溢洪道阶梯陡槽段沿程水面线和消能计算提供参考。     

溢洪道阶梯陡槽段消能特性试验和计算探讨

在溢洪道的外凸式阶梯陡槽段泄流流态和消能特性模型试验研究的基础上,根据阶梯陡槽段泄流沿程水深的计算公式,计算溢洪道阶梯陡槽段泄流相应的消能率,供工程设计和运行参考.     

溢洪道阶梯消能工应用和运行观察

溢洪道陡槽段的外凸型阶梯跌坎是一种新型的消能工。溢洪道陡槽段设置了外凸型阶梯跌坎之后,可大大增加陡槽段泄流的消能率,减小陡槽段下游消力池尺寸和工程量。根据广东省4座水库溢洪道和拦河闸外凸型阶梯跌坎消能工的应用和原型观察,介绍溢洪道和拦河闸陡槽段的不连续外凸型阶梯消能工运行情况,供工程设计和运行参考。     

阶梯溢洪道水力特性试验及数值模拟

通过对阶梯溢洪道进行模型试验研究,验证了侧堰的过流能力,研究了典型断面流速、压力及水深在不同工况下的变化规律。试验结果表明:侧堰的过流能力满足设计要求,在各工况下,水深小于边墙设计高度,阶梯段各点空化数小于初生空化数,不会引起空蚀破化。根据原设计方案使用FLUENT对阶梯溢洪道进行数值模拟实验,并将数值模拟计算结果与模型试验结果进行对比分析,发现数值模拟计算结果与物理模型试验结果吻合良好,为深入分析阶梯溢洪道陡坡流场提供可能,同时,为体型结构优化提供技术保障。     

某水库岸边溢洪道体型优化试验研究

结合某中低水头水库工程的岸边溢洪道,以水流流态衔接、减小消力池规模为控制指标,采用物理模型试验比较了采用"光滑溢洪道+底流消力池"与"前置掺气坎式阶梯溢洪道+底流消力池"两种消能方案的优劣,对不同布置方案在不同运行工况下的水流流态、入池流速与消能率等水力学指标进行详细对比分析。研究成果表明:采用前置掺气坎式阶梯溢洪道后,消力池长度能缩短57.1%,入池流速减小最大达51.18%,综合消能率大于84%。同时,前置掺气坎式阶梯溢洪道使阶梯泄槽内掺气更充分,继而可减小发生空蚀破坏的可能性。研究成果可为类似工程设计提供一定的参考。     

阶形溢洪道上的消能

阶形溢洪道上的可能的高效消能意味着下游消力池尺寸的大大减少。在表面浅层水流条件下，对这样的溢洪能量损失量进行了实验性检测，，这些溢洪道的阶梯数量适中，宽度与高度的比率为０．７。试验结果表明，根据因次分析，控制能量消耗的最重要的参数是流经溢洪道水流的临界深度与台阶高度之比ｙｃ／ｈ和台阶数量Ｎ。     

阶梯式消能溢洪道的最佳设计

根据所获得的实验数据和理论依据，本文提出了一个实用且具有最佳消能效果的阶梯式溢洪道设计方法。确切地说，溢洪道的宽度、坡度以及阶梯高度可由假定的设计流量和总高度决定。     

阶梯溢洪道的研究现状及展望

分别从流态分类、流场特性、压力特性、消能率以及影响消能率的因素等方面对前人研究阶梯溢洪道的成果进行归纳和总结。指出目前阶梯溢洪道研究中存在的问题及发展方向。     

内凹型和外凸型阶梯陡坡段水力特性研究

根据溢洪道陡坡段坡度的大小,可设置连续的内凹型阶梯和不连续的外凸型阶梯两种形式的辅助消能工,以增大陡坡段泄流的摩阻和跌流,降低流速,增加泄流的消能率。基于水力模型试验,对溢洪道陡坡段坡度1∶1.5的连续的内凹型阶梯和不连续的外凸型阶梯的泄流流态和消能率进行比较和分析。试验表明:在相同陡坡段坡度条件下,不连续的外凸型阶梯数明显少于连续的内凹型阶梯,但单位根数的外凸型阶梯的糙率相对较大,外凸型阶梯陡坡段泄流消能率相应大于内凹型阶梯陡坡段。因此,当溢洪道陡坡段坡度i≤1∶1.5时,若工程布置条件许可,可优先选用不连续的外凸型阶梯,以获得较大的泄流消能率,同时也可以简化阶梯体型、便于工程施工。     

陡槽溢洪道阶梯消能特性试验研究

在陡槽溢洪道的陡槽段上设置阶梯跌坎,是增大溢洪道陡槽段水流消能率的一种有效方法,并已成功应用于广东省的多项水利工程建设中。本文在i=1∶4坡度陡槽溢洪道阶梯消能水力模型试验的基础上,探讨了不同体型的阶梯跌坎对陡槽段流态、水面掺气位置和水深、消能特性等的影响。研究成果可供工程设计参考。     

陡槽溢洪道外凸式阶梯消能试验研究

溢洪道陡槽段设置阶梯跌坎辅助消能工之后,可大大增加陡槽段泄流的消能率。该文根据坡度i=1∶2~1∶6溢洪道陡槽段设置的外凸型阶梯消能工的水力模型试验资料的总结,对陡槽段不同体型的阶梯跌坎的运行流态、消能率等水力参数进行研究,分析了影响阶梯陡槽段水流消能率的主要因素,并对陡槽溢洪道阶梯体型的布置方法进行探讨,研究成果可供工程设计和运行参考。     

反弧阶梯溢洪道水力特性

为提高大单宽流量阶梯溢洪道消能率和增加掺气,提出一种新型反弧阶梯溢洪道,即将传统直角阶梯的水平面改为反弧面。通过物理模型试验,对反弧形阶梯的流态、掺气发生位置和消能率进行了研究。结果表明,在试验条件范围内,反弧阶梯流态可分为跌落流、挑射流、过渡流、滑行流4 种,在单个阶梯长度和高度相同时,反弧阶梯掺气发生位置是直角阶梯的0. 5 ~0. 8 倍,反弧阶梯消能率比直角阶梯最大增加约9%。     

阶梯式消能工与掺气墩在工程中的联合运用

为使溢洪道具有较好的泄流条件,提高消能效率同时节省投资,提出了阶梯式溢洪道与掺气墩相结合的联合消能方式。以某水库溢洪道改造工程为例,对溢洪道的阶梯尺寸、掺气墩的结构及布置型式进行了探讨,最终泄槽段采用了1 m的阶梯形式与前倾30°的圆柱形掺气墩相结合的联合消能方式。试验结果表明,阶梯式消能工和掺气墩联合运用消能效果优异,水流条件明显改善。     

黄山洞水库溢洪道加固设计及水工模型试验

黄山洞水库溢洪道加固设计中,由于地形的限制,对现状溢洪道平面布置做较大调整不太可能,也不经济,所以工程加固中对平面收缩弯段与陡槽段阶梯跌坎进行优化设计,使溢洪道能满足工程安全运行要求.本文还对黄山洞溢洪道加固工程的水工模型试验情况进行了简要介绍,可供类似工程参考.     

坡度对阶梯水流无掺气段压强特性的影响研究

针对阶梯消能工无掺气段梯容易产生空蚀破坏的问题和有压进流阶梯溢洪道试验研究较少,采用模型试验对有压进流式阶梯溢洪道1#、2#阶梯压力特性进行研究。试验结果表明,5种体型下竖直面压强规律:1#阶梯在大单宽流量下产生负压,而2#阶梯在小单款流量下有较大负压存在。水平面压强规律:1#、2#阶梯水平面压强分布呈现正弦或余弦函数趋势,1#阶梯基本不产生负压,而2#阶梯不管在那种体型下或那种单宽流量下都产生或大或小的负压。另外通过分析阶梯压强最值发现,1#和2#阶梯竖直面压强最小值和最大值与Fr数基本呈现出抛物线关系;1#和2#阶梯水平面压强最小值与Fr数基本呈现出抛物线关系,最大值与Fr数基本呈现出线性关系。文章揭示了阶梯溢洪道最易产生空蚀破坏的是第2级阶梯,研究结果可供体型优化设计参考。