面流消能旋滚后水面波动强度平均波高沿程变化规律的研究（面流消能试验研究之四）

论述了面流消能五种流态旋滚后水面波动的统计参数与水力要素之间的关系、旋滚后水面波动沿程衰减规律，并总结为经验式。     

戽式消能工的水力学分析

戽式消能工的流态随着下游水位的变化可分为自由挑流、面流、淹没面流(旋滚戽或称消力戽)和潜流(回复底流),如图1所示。四种流态中除了潜流是一种有害的流态应于避免外,其余三种流态都各有其优缺点,需根据具体情况选用。我国70年代初建成的石泉水电站是国内第一个采用消力戽消能的工程。此后在不少工程的设计中都把消力戽作为消能工的重要比较方案。而对于需要泄放漂浮物的工程则往往希望采用面流消能,避免戽内发生旋滚。但是,关于戽式消能工的水力学问题基本上还处在试验研究阶     

多股多层淹没射流消能回流旋滚特性研究

多股多层淹没射流在消力池内呈三元复杂流态,水体紊动剧烈,射流推雍水体受阻,在消力池底部向上游运动,形成顺时针立面大回流。跌坎下消力池内的漩涡由回流产生,可能威胁消力池安全而危及枢纽工程。通过引入VOF方法和RNG模型,进行某水电站多股多层淹没射流消能消力池水流特性的三维数值模拟,获取了高低坎消力池底部回流旋滚的基本特性。回流旋滚的长度与下游水位成反S形曲线关系,随着下游水位的增加,回流旋滚长度减小并向池首移动。     

曲线型低堰（设有鼻坎）水流衔接特性

介绍设有鼻坎曲线型低堰泄流能力，下游水流流态衔接变化规律的全过程，即水流流态衔接中的挑流，远驱水跃，底流，面流，波状水跃，波流和贯串其中的淹没流均能较明确地反应出来，同时整理了判别曲线型低堰产生淹没流流态的三种方法，另外，对波状水跃（１），（２），波流流态的概念作了简述，对淹没流的淹没条件了新的看法，供参考讨论。     

面流消能的消能率计算：面流消能试验研究之二

论述了面流消能的消能机理,并应用量纲原理分析了试验成果,总结出了面流消能五种典型流态旋滚区消能率的计算式,可供设计选择消能效果好的流态作为主要的应用流态时参考。     

溢流坝面流式鼻坎衔接流态的水力计算

在水工泄水建筑物中,连续式面流鼻坎是目前采用较多的一种消能和水流衔接型式。关于面流鼻坎及其衔接流态的水力设计计算问题,前人的研究实践已经取得一定的成果和经验。但是一些理论的或半经验半理论的公式,由于在推导过程中作了这样那样的假定,计算较繁而且结果不够准确,现今已很少采用。经验公式比较简便,但又多受各自根据资料和条件的限制有其局限性。所以在具体应用时,往往感到不易掌握而无所适从。本文收集了一些前人的研究成果,对其计算公式和资料进行分析比较,最后综合出四个经验公式。这些公式既吸取了现有多数公式和资料中比较一致和接近的地方,又拚弃了少数公式的较为离散之处,式中各项参数具有较大的适用范围,公式的形式简单,计算方便,配合作图能清晰地反映鼻坎衔接流态的变化特征,可供在设计常见的小挑角(鼻坎挑角小于10°左右)连续式鼻坎时,选择鼻坎的布置和计算面流、淹没面流和回复底流三种临界流态以及估算最小鼻坎高度时参考应用。文末列举了利用本文公式进行水力计算的算例。     

关于回复底流的研究

通过研究消力戽消能工的工作原理,阐述了戽流消能时的流态为高序列流态淹没混合流及淹没面流,介绍了回复底流的产生机理和危害。通过工程实例,说明适当地增大戽坎反弧半径可以有效避免发生回复底流,并检验了判别是否发生回复底流关系式的准确性。     

保水堰交替水流数值模拟研究

采用动态淹没系数的方法,将巴甫洛夫斯基数据和相关实测实验数据进行曲线拟和,并通过不同流量、堰型的组合实验结果验证了此曲线的通用性和合理性,将此曲线方程应用于保水堰非恒定流计算的边界方程中。对比两种边界的计算结果证实了淹没系数对保水堰过渡流态的显著影响,也证明了采用动态淹没系数的合理性和实用性,为保水堰过渡流态的模拟提供了一种可借鉴的方法。     

与X型宽尾墩联合的台阶面近底水流特性研究

通过数值模拟对与X型宽尾墩联合的台阶溢洪道近底水流水力特性进行了研究,并根据实测资料对其结果进行验证,最后结合滑移流流速分布、压强分布以及台阶内水平面与竖直面的压强分布,对近底水流流态进行分析。结果表明:台阶溢洪道滑移流流态下,旋滚区与主流区之间存在过渡区;过渡区下边界为旋滚水流分离点与交汇点的连线,上边界为断面压强分布极大值点连线;沿水流方向,过渡区内流速波动强烈,远离台阶面时波动减弱,至上边界波动消失。台阶铅直面相对高度y/h=0.83～0.91处出现负压,随后向下流动的水流与旋滚区沿铅直面向上流动的水流交汇,形成铅直面y/h=0.56～0.70处压强较大现象。     

三河闸淹没式堰流水位流量关系初探

三河闸节制闸作为洪泽湖洪水出流的主要水利工程,在其控制运行中多次出现淹没式堰流流态,为了能够更合理地掌握水工建筑物的出流规律,使流量推求更加精确,根据三河闸淹没式堰流流态下的历年实测流量资料,对其测验数据进行分析并率定出三河闸淹没式堰流的水位流量关系曲线。     

深层隧道进流式泵站前池流态及整流措施研究

为改善深层隧道进流式泵站前池内的旋流、偏流等不良流态,基于RNG k-ε 湍流模型对前池流态进行数值模拟,研究适用于此类城市排涝泵站的整流措施。数值计算结果表明:泵站前池、进水池内存在局部立面旋滚、螺旋流、斜向流、流速分布上高下低等不良水力现象,致使泵站进水流道水力条件不佳;采用双层环形板和两组导流墩的组合式整流措施可抑制前池、进水池中的立面旋滚、螺旋流和斜向流流态,从而有效改善流道的进水条件,提高进水流道进口处流速分布均匀度,使泵进水状况变好,提高泵站运行的可靠性。     

泄洪洞消力池体型优化及优化体型的水力特性

在水利工程中,大单宽流量、低Fr引起的振荡水跃一直是比较棘手的问题。本文依进行体型优化试验研究,提出了收缩扩散与底流复合消能的消力池体型,优化后的消力池体型为在原窄深底流箱力池进口前设置Y型收缩墩后的复合型消力池,在不同来流条件或不同尾坎高度下,消力池会出现三种基本流态：自由射流流态、淹没射流与咯淹没底流复合流态以及淹没射流与过淹没底流复合流态。当消力池内水流呈现淹没射流与略淹没底流复合流态时,法内水流较稳定,被动较小,为较优流态。     

多股多层淹没射流消能水流流态及漩涡特性研究

利用多股多层淹没射流消能时消力池内流态非常复杂,有漩涡产生,可能威胁消力池安全进而危及枢纽工程。引入高速摄像系统,采用大比尺物理模型对消力池水流流态及漩涡特性进行了研究。结果表明:高低坎消力池底部产生较大尺度的回流旋滚,回流旋滚与消力池水体发生强剪切作用并在跌坎与池首的角隅处生成横轴漩涡和立轴漩涡,部分横轴漩涡横向发展会转变为近边墙立轴漩涡;水跃旋滚与消力池水体发生强剪切作用在跌坎与池首的角隅处生成立轴漩涡和纵轴漩涡;横轴漩涡、立轴漩涡和纵轴漩涡是间歇性、随机和游移的。     

跌坎型底流消能工淹没射流区流速衰变规律

跌坎型底流消能工消力池内的流态为淹没射流和淹没水跃的混合流态,为了解淹没射流区的水力特性,应用紊动射流理论,分析了淹没射流区主流的扩散规律、主流轴向最大时均速度的衰变规律。采用水力学试验方法,借鉴目前研究成果的基础上,开展了淹没射流区主流轴向最大时均速度衰变规律的研究。通过试验研究结果,推导出以入池角度为控制目标的跌坎型底流消能工淹没射流区主流轴向最大时均速度衰变的半经验公式。     

面流消能下游水面波动的统计特性：面流消能试验研究之三

论述了面流消能下游旋滚后水面波动的统计特性。分析表明，波面振幅的概率密度基本符合正态分布，平均波高的概率密度接近瑞利分布。对旋滚后的波动传递速度与波长也作了初步探讨。     

基于流态辨识的弧形闸门过流计算

过闸流量的精确计算是实现调水工程闸门自动控制、调度运行系统仿真和工程适时、适量供水的重要前提。在闸后收缩断面为低弗劳德数(约Fr1.7)的淹没孔流条件下,现有弧形闸门过流计算的经验系数模型和量纲分析模型流量预测误差较大。基于已有试验数据分析,研究提出了闸孔淹没出流的高Fr区和低Fr区的流态辨识参数——综合能耗系数Er,定义为相对开度e/H和潜流比Xr之和,即Er=e/H+Xr,相应的流态辨识方法为:Er1为高Fr的部分淹没孔流,Er≥1为低Fr的完全淹没孔流。针对闸孔出流的不同流态,即自由孔流、部分淹没孔流和完全淹没孔流,分别建立相应的流量计算模型,采用最小二乘辨识进行模型参数的估计,实例验证表明流态辨识模型整体的预测精度较高,80%预测流量的相对误差|EQ|±10%,且EQ近似呈正态分布。本文提出的流态辨识方法和计算模型为过闸流量的精确计算提供了新的思路和方法。     

明渠淹没流的量变规律及其应用

前言明渠淹没流(以下简称淹没流)问题,是工程水力学的基本课题之一。在工程实践中,常见的淹没流主要有二,即:(1)闸坝淹没出流;(2)缓变渠道上的缓变流。淹没流的特点是尾水干扰来水。由于边界轮廓条件不同,其流态与量变关系亦异。这类水力学问题理论上的探讨,虽早已开始,但迄今尚无满意的成果。实用上,缓坡渠道的水力计算,目前一般采用水力指数法与分段法,计算相当繁复;而闸坝淹没出流问题,因为对其物理实质缺乏深入认识,基本上仍处于实验和经验阶段。     

戽面流消能计算与闸门运行方式的选择

本文通过面流与戽流流态转换特性的分析,提出了戽面流流态的水力计算式,并着重阐述用戽面流流态转换特性曲线,得到闸门流态联合运行模式,并用工程实例进行了验证,结果良好。     

跌坎式底流消能工水流特性分析

现对跌坎式底流消能工消力池内水流流态的演变进行了初步分析,随着入池能量的变化,消力池中会产生混合流、淹没混合流、淹没底流以及远驱底流流态.并对淹没底流流态下,消力池内的淹没射流区、附壁射流区内的流速分布采用射流力学理论进行了分析,得出了其流速分布公式.     

深水垫情况下水垫塘淹没射流特征分析

本文基于自由射流扩散规律的研究成果,在对常规水垫塘内水流流态进行分析研究的基础上,结合模型试验成果对深水垫情况下水垫塘内水流流态进行了分析,对淹没射流特征进行了研究。研究结果认为,深水垫情况下的水垫塘内水流流态的规律性比较明显,淹没冲击射流流态与淹没水跃流态平顺衔接过渡,总体上可认为是一种射流流态,符合射流的线性扩散规律。