柏叶口水库泄洪发电洞挑流消能特性分析

柏叶口水库泄洪发电洞采用挑流的方式消能,工程建成后,发现建筑物下泄高速水流的实测挑流射程和冲坑深度与按照设计规范计算的结果有一定的出入,造成对岸边坡损坏。对柏叶口水库泄洪发电洞挑流消能特性进行分析,结果表明挑流射程计算偏差的原因是未考虑水流发生自掺气时减阻增速效应和离心惯性力的影响。当泄洪发电洞闸门部分开启水深小流速大时,水体发生自掺气,加之离心惯性力作用,使实际挑流射程大于设计规范计算值。综合考虑两种因素,预测了柏叶口水库泄洪发电洞在正常蓄水位下(1 133.0 m)、设计洪水位下(1 135.26 m)挑流射程和挑流远端影响线距挑流鼻坎的距离。水位在1 133.00～1 135.26 m之间,当工作闸门开度为1.0 m时,泄量为99.41～100.85 m~3/s,挑流射程为80.91～84.69 m,比按照设计规范计算的结果增加6.1%～8.1%;当闸门开度不超过2.0 m时,挑流远端影响线距挑流鼻坎距离计算值均大于设计值,随着闸门开度的增加,挑流远端影响线距挑流鼻坎距离计算值约等于设计值。     

三维挑流水舌及其碰撞的LBM数值模拟研究

为了研究挑流水舌空中掺气破碎以及水舌碰撞形成的复杂两相流运动,采用格子玻尔兹曼方法对泄洪过程中的挑流水舌以及两股水舌的碰撞进行数值模拟研究.研究表明:(1)格子Boltzmann方法能够对挑流掺气水舌进行数值模拟,得到掺气水舌的运动界面以及水舌风的空间分布.水舌内缘挑距、外缘挑距以及横向宽度与文献中实测数据对比误差分别...     

水流掺气对明流泄洪洞及挑坎水力特性的影响

水流充分掺气可以避免高流速泄洪设施发生空蚀,但也会改变相关水力特性。通过对某大坝泄洪洞掺气设施水力模型试验及关于水流表面自掺气发生条件的相关分析,提出了在全程流速超过38 m/s,长度达550 m的明流洞内仅布置一级掺气设施的建议,较通常情况减少了两级;并针对泄洪洞出流方向与河道流向交角达60°的特点,研究提出了一种大差动异型鼻坎消能工。水工模型试验成果表明,其挑流水舌沿河道纵向扩散良好,水舌外缘与河道对岸保持了30 m以上的安全距离。该泄洪洞建成后经历了高水头、较长时间的泄洪运行,明流洞和鼻坎消能工均无空蚀发生,但挑坎水舌却冲刷到对岸边坡。     

小湾水电站泄洪洞水力学问题试验和数值模拟研究

岸边泄洪洞为小湾水电站3套泄洪设施之一，上游水位和泄洪洞出口挑流鼻坎落差超过200m。最大泄量达到3881m^3／s，具有典型的高水头大流量特点，泄洪水力学问题十分突出。采用三维数值模拟和1：35局部模型试验相结合的方法，对小湾泄洪洞新方案进行研究和优化，结果表明：泄洪洞长有压段进口体型布置基本合理；该设计方案明流段反弧末端掺气坎和明流直线段第一道掺气坎由于坎高和水流Fr数较小的原因，难于形成稳定的掺气空腔。通过降低泄洪洞反弧末端高程，提高水流Fr数以及在掺气坎下增设二级坡的方法，解决了难于形成掺气空腔的问题。     

锦屏一级水电站泄洪洞的掺气减蚀及消能防冲问题

锦屏一级水电站泄洪洞具有“大泄量、特高水头、超高流速”的特点,高速水流空化空蚀问题非常突出。为了解决其掺气减蚀、泄洪消能防冲及出口挑流河道归槽的问题,锦屏一级水电站在泄洪洞的龙落尾、掺气坎、补气洞及出口挑坎等关键部位采用了特定的工程技术。对这些特定工程技术的模型实验结果、原型观测资料及设计规范进行了分析,并结合乌江渡水电站、二滩水电站等工程评价了规范的适用性。分析结果表明锦屏一级泄洪洞的洞顶余幅、龙落尾体型、出口燕尾坎消能工等设计合理,掺气设施的掺气保护满足要求,补气及通气系统效果良好,没有发生空化空蚀现象。同时,在掺气空腔长度、风速、补气量、泄洪雾化等方面的模型缩尺效应明显,需要后续工程在设计阶段予以重视并进行更为深入而细致的研究。     

小浪底工程3号明流洞的几个水力学问题

根据水工模型试验结果，对小浪底工程３号明流洞的泄流能力及事故门井水深进行了分析，给出了相应的计算公式，并得明流洞段边沿程发展厚度计算式及边界层内流速分布计算式。对陡槽段掺气坎后空长度，水舌冲击区底板上的时均动水压力及脉动压力的观测结果表明，在窄深流道中水深变化对掺气坎流距影响很大。本文提出一种结构简单且水流平面扩散良好的蝙蝠式挑流消能工。     

挑流反弧段水流掺气浓度的试验研究

通过泄槽水力学模型试验,研究了溢洪道、泄洪洞等泄水建筑物挑流反弧段掺气浓度的沿程变化规律;分析反弧段掺气浓度分布与挑坎高度、挑流段反弧半径以及来流流量之间的关系,以期为优化掺气坎体型及掺气坎下游设施提供依据。试验结果表明,挑流反弧段水流表、中、底不同部位掺气浓度的沿程衰减率是不相同的;在试验范围内,挑流反弧段水流掺气浓度随掺气坎高和反弧半径的增大而增大,随流量的增加而减小。     

观音岩水电站泄水建筑物模型设计及泄流安全性试验

为验证观音岩水电站泄水建筑物泄洪的安全性,通过泄水建筑物水工模型泄流试验,分析泄水建筑物的各种泄流工况。试验结果表明:明渠表孔在校核水位下运行安全性可以得到保证;双泄中孔在正常水位泄洪本身是安全的;当溢洪道泄洪量大于3 500 m3/s时,泄槽段水流平顺稳定,掺气坎通气顺畅,水流掺气充分,同时溢洪道水舌落点基本位于河道中心,无冲砸岸坡现象,故建议溢洪道最小起挑泄流流量为3 500 m3/s。     

大岗山水电站掺气坎数值模拟分析

对大岗山水电站1#掺气坎采用常规挑坎体型和新掺气坎体型进行数值模拟计算,分析水位工况下的水流流态、水流的压力分布、水流速度分布、空腔特性等。结果表明新掺气坎体型具有较好的掺气效果,对类似项目有一定的借鉴作用。     

布列依水利枢纽运行期的泄水建筑物及水力学论证

布列依水电站泄水建筑物为８跨溢洪道，采用挑流鼻坎防止建筑物和左岸被大泄量水流冲刷。为此进行了多种模型试验，以探讨水力学特性。试验得出：双层挑流鼻坎结构辅以掺气装置掺气，可大大减轻水流对建筑物、左岸及河床的冲刷。     

溢洪道差动式挑流鼻坎挑距和冲深特性探讨

溢洪道差动式挑流鼻坎可明显增加挑射水流在空中的碰撞、紊动和掺气,大大减轻下游河床的冲刷.根据部分溢洪道工程的水工模型试验资料,对差动式挑流鼻坎挑射水舌挑距及其下游河床冲刷坑深度的估算方法进行分析和探讨,可供类似工程设计和运行参考.     

带掺气槽岸边溢洪道挑流消能工水力特性

采用RNGk-ε双方程紊流模型对掺气槽、差动式挑流鼻坎和预挖坑联合运行的岸边溢洪道水流流场进行研究,模拟了具有大曲率水气交界面的挑射水舌和掺气坎水流,分析讨论泄槽流态、掺气槽底板最大冲击压力和差动式挑坎压力分布,给出了挑射水舌以及预挖坑的水流结构与速度分布特性,并将计算值与实验值进行对比,两者吻合良好。研究结果表明:泄槽中4道掺气槽的设置能有效减免发生空蚀破坏,但对泄槽中水面有一定的影响;高扩散低收缩差动式挑流鼻坎与预挖坑的联合运用消能效果理想。     

甘河子坝溢洪道流场特性数值模拟研究

为探究甘河子坝溢洪道流场内部特性,基于现有甘河子坝体溢洪道结构,采用CFD仿真模拟手段对其进行机理探究。研究分析溢洪道沿程水速、水压及空化等水力指标,结果表明：现有甘河子坝体溢洪道的泄流能力满足校核洪水的泄洪要求。坝面水面线光滑,沿程下降,水深及水流流态满足泄洪要求;溢洪道断面水流空化数大于初生空蚀数,理论上不会发生空蚀破坏。但考虑最小空化数与初生空蚀数较接近,为安全起见,建议泄槽边墙及底板的混凝土应选用较高的标号,在甘河子坝的溢洪道的恰当位置处开设掺气槽,从而降低因空蚀作用而导致的破坏性风险;挑流段反弧半径、挑角等设计合理,但考虑到校核洪水位闸门全开时,挑流末端流速较大,挑距较远,可能冲击河道对岸防洪堤,影响堤防安全。因此建议将光滑溢洪道修改为阶梯溢洪道,并将挑流消能改为底流消能,采用阶梯+消力池联合式消能工,提高消能率。该研究可为优化设计现有甘河子坝溢洪道提供借鉴与参考。     

梅州抽水蓄能电站阶梯溢流坝与底孔泄洪建筑物试验研究

结合梅州抽水蓄能电站泄洪建筑物水工模型试验,确定在表孔堰面曲线末与阶梯连接处增设过渡阶梯、阶梯与护坦间采用反弧衔接、底孔纵向布置调整及出口窄缝挑坎的体型,对阶梯溢流面流态、流速、消能率进行研究探讨。成果表明,阶梯溢流面水流均匀滑行、掺气充分、流态平稳,护坦处水流衔接较好;底孔窄缝挑坎水舌纵向扩散效果较好,下游冲刷较轻;阶梯消能率呈现出随单宽流量增大而减小的变化规律。     

挑流消能几个问题之管见

挑流消能是泄水建筑物最常用的消能方式之一。随着高坝工程安全与环境保护对泄洪消能要求的不断提高,新型的鼻坎形式及消能技术日益得到完善。针对高坝泄洪挑流消能工的水流挑距、冲刷、冲击等问题,从理论研究进展对工程实践中面临的问题进行了较为系统的综述,可为水利水电工程消能防冲设计、防洪安全及生态环境保护提供一定的参考。     

洞式溢洪道掺气减蚀设施的体型优化研究

有关高速水流泄水建筑物掺气设施体型优化方面的研究还没有成熟的理论方法,此研究拟通过模型试验的方法取得掺气减蚀设施的体型优化成果。结合大渡河猴子岩水电站洞式溢洪道的大比尺水工模型试验,根据规范,采取3道掺气设施,并对掺气设施挑坎坡度、高度和跌槽深度对比选优,对高水头溢洪道掺气减蚀设施进行优化研究。试验表明,通过改善掺气设施型式,可以有效减免反弧段空化和气蚀。成果可供设计高水头、大流量洞式溢洪道掺气设施体型参考。     

茶园水库挑流消能中气囊产生成因及试验研究

在一般的挑流消能设计过程中,往往只注重水舌的挑距及冲坑的深度,而往往忽略了上游边界条件对进水水流的流态影响。本文结合茶园水库工程水工模型试验,对大流量挑流泄洪时上游库内水面形成的弧形紊流带的成因进行了分析,井重点研究了消除弧形紊流的方案,确保了工程的运行安全。     

挑坎掺气在岔河水库溢洪道中的应用研究

对于中、高水头泄水建筑物,空化水流易诱发结构空蚀破坏。基于岔河水库溢洪道原设计体型,通过模型试验,研究在泄槽抛物线段上、下游侧增设不同体型掺气坎对空化水流的影响。成果表明:挑坎布置于下游侧,散水现象明显,随流量增大,下游泄槽流态恶化。挑坎布置于上游侧(挑角5°、坎高Δ=0.40 m),未掺气时,坎后射流空腔内充满回水,呈负压状态;下游泄槽空穴数上升,水流流态较为平顺;坎高增加,空穴数反而减小;强迫掺气条件下,坎后能够形成稳定的射流空腔,随挑坎高度增加,空穴数变化并不明显,泄槽水流流态反而更趋紊乱。     

丹达河水电站窄缝消能研究

通过物理模型试验,对狭窄河谷拱坝坝身挑流无碰撞泄洪消能方式进行了研究,得出:表、中孔均采用窄缝收缩体形可以使水流横向收缩、纵向扩散,分区分散落水,大大减小水舌在单位面积内的入水量,从而减小对河床的冲刷.采用质点抛射体运动轨迹理论对中孔水舌挑距进行了分析计算,并与试验值进行了对比,两者吻合良好.说明窄缝方案能很好地解决狭窄河谷中拱坝坝身挑流无碰撞泄洪消能问题.     

薄拱坝上翘型泄洪中孔水力特性的初步研究

本文结合某薄拱坝的泄洪中孔模型试验,对上翘型中孔进行水力特性的初步研究表明,该类中孔采用压力段上翘来完成急流转向,出流平顺、射程远,在大气中掺气充分,能较好地控制水舌的形态,特别适用于薄拱坝中孔单独挑流消能及与表孔对冲消能。压力段上翘角、挑坎挑角应按下游消能所要求的水舌出流的角度来设计。突扩掺气设施应同时满足流态、止水结构和布置上的要求。