泄洪雾化降雨模型相似比尺分类研究

物理模型试验是研究泄洪雾化问题的主要方法,但泄洪雾化模型具有明显的缩尺效应。为了提高模型雨强换算精度,减小雾化模型缩尺效应的影响,基于安康、乌江渡、二滩、白山等水电站泄洪雾化雨强原、模型试验资料,按泄洪方式、消能工体型等对泄洪雾化降雨模型相似比尺进行分类研究,分析了不同分类方式下雨强比尺（Sr）转换关系中指数n（Sr=Lrn）与尺度比尺（Lr）和水流韦伯数（We）的关系。结果表明,泄洪雾化模型雨强与原型雨强的关系并非按同一比尺指数规律变化,指数n的取值与消能工体型、泄洪方式、尺度比尺和水流韦伯数等因素有关。无论表孔、中（深）孔还是泄洪洞泄洪,模型比尺和水流韦伯数越大,雾化模型缩尺效应越小,指数n的取值就越小。     

挑流水垫塘掺气比尺效应试验

为了研究泄洪消能缩尺模型中的掺气比尺效应,以提高模型预测精度,通过模型试验,对比分析1:50和1:100两个不同比尺模型上的挑流水舌形态及下游水垫塘内掺气量(体积分数,下同)分布。试验结果表明,在同样的孔口体型作用下,不同比尺模型水舌空中裂散程度有明显差异,1:100模型中水舌呈月牙形散落在水垫塘,1∶50模型水舌呈椭圆形散落在水垫塘;水舌入水形态的差异进一步导致水垫塘掺气量分布不同,1:100模型水舌入射区域掺气量相对较高,掺气量峰值约为50%,1:50模型上同样位置掺气量峰值约为40%;从水垫塘内掺气量空间分布来看,1:100模型水垫塘横向掺气范围相对较小,纵向掺气范围相对较大。     

大型水力机组中空化现象的比尺效应

大型水力机组中的空化比尺效应关系到真机的空化性能和水电站装机高程的确定．影响水力机组空化比尺效应的主要因素有：机组运行水头、转轮直径、液体中的空气含量以及流动介质本身的性质等等．本文在前人研究的基础上推导出真机与模型机之间的空化相似率，提出了水力机械模型试验台上空化试验应遵循的相似准则．以岩滩电站为例，根据其模型转轮的空化试验和流场理论分析结果推算了岩滩电站真机的空化特性．建议在确定大型水力机组，尤其是三峡机组的吸出高度时，较多的考虑初生空化系数的影响，取用较接近于真机实际的初生空化系数值，从水电站的设计和机组安装上保证转轮内良好的流态，避免空化引起的破坏．     

水质和空化比尺效应

本文提出了新的空化数和初生空化数的表达式,说明水体抗拉强度在空化中的作用,并且也指出,除抗拉强度外,水中气核半径及其数量也起着相当大的作用,从而可以解释在试验中即使同一个模型在不同的设备中以及不同的情况下可得差别很大的初生空化数。另外,对模型数据引伸到原型提出了一些具体建议。     

悬移质动床模型设计中的时间比尺和含沙量比尺

从悬沙动床模型设计的一般问题出发，就时间变态的产生及其对试验结果的影响进行了分析，得出了含沙量比尺偏离导致时间变态产生的结论。在分析现有含沙量比尺确定方法的基础上，提出了由水流运动相似和河床变形相似来控制含沙量分布相似，从而求解含沙量比尺消除时间变态的途径     

悬移质动床模型设计中的时间比尺和含沙量比尺

从悬沙动床模型设计的一般问题出发，就时间变态的产生及其对试验结果的影响进行了分析，得出了含沙量比尺偏离导致时间变态产生的结论。在分析现有含沙量比尺确定方法的基础上，提出了由水流运动相似和河率变形相似来控制含沙量分布相似，从而求解含沙量比尺消除时间变态的途径。     

闸坝缩尺模型上的比尺效应研究

本文介绍了两座闸坝的缩尺模型试验室研究经验，提出了比尺效应并依据现场实测结果对其作出修正，由此得出，在流量小时很难达到低于10％的精确度。     

初生空化比尺效应的讨论和验证

讨论了在常规循环水洞或在减压箱中进行模型空化试验时,关于初生空化比尺效应的不同观点.指出了在减压箱空化试验中使用的相似律存在的缺陷.为了有效研究初生空化比尺效应,规范液体的抗拉强度为零是必要的.用最新试验成果-喷嘴的初生空化特性,再次验证了经验的初生空化比尺效应.     

水轮机模型验收技术及比尺效应的分析

一、模型验收概述随着水电建设和机器制造业的高速发展,水轮机单机功率逐渐增大,原型水轮机水力性能的现场验收试验,因受具体条件限制,也越来越困难.近年来,工业较发达国家,建造了高精度水力机械模型试验台,除用于试验研究水力性能优良的转轮及通流部件外,也用于验证水轮机各种水力性能保证值.为能满足各种试验要求,试验设备必须具有多功能、高精度的特点,以保证产品质量.     

河道冲刷和清水水流河床冲刷率

在冲积河流里。水流条件变化如洪水、水库泄放清水、河道渠化等使挟沙力不饱和引起冲刷，称为河道冲刷。这与水工建筑造成的局部冲刷不同。河道冲刷深度主要决定于冲刷率和冲刷历时。本研究通过对各种泥沙大量实验，证明了河床冲刷率正比于水流提供的冲刷功率并依赖于泥沙粒径和容重，首次提出了冲刷率公式。经验证，该公式可以用于非恒定流输沙和河流洪水冲刷计算。     

挑射水流对岩石河床冲刷的研究进展

高坝大流量坝身泄洪几乎全部采用挑流消能方式,分析了国内外关于挑射水流对岩石河床冲刷的各种理论,并对高拱坝挑流消能冲坑深度预测、基岩冲刷的模拟方法、岩石冲刷破坏机理研究等问题进行了综述.同时提出岩石河床冲刷研究的关键课题.     

标准海塘前滩最深冲刷高程分析研究

在进行标准海塘工程初步设计时，通常需要分析在河段江道的不利冲刷高程值，给海塘整体滑稳定计算条件组合提供依据。目前人们缺乏较好的分析手段，通常借用水文统计方法加以解决。由于受到江道地形测量的时间、间隔次数及来水来沙等因素的影响，一般很给获得冲刷最深的地形资料，往往难以统计。但是，当年内测次较多，并有汛期的地形测次，则可以取年内几次测图中冲刷最深值作样本，进行统计分析。这处方法仅适用于江道冲淤只受水动力条件控制的情形，对于床底下卧抗冲能力极强的地层（如砂砾石层），江道的不利冲刷高程仅受地质条件控制。通过对钱塘江闻家堰河段水沙条件、河床地质构成、实测地形资料等综合分析，证明以上观点。     

掺气水流掺气浓度缩尺影响的估计

根据紊动扩散理论和相似理论导出了掺气水流试验的9个模型相似律。研究表明,若要求掺气水流的掺气浓度原、模型相似,并按重力相似律引伸,则掺气气泡的上浮速度应和水流流速一样满足重力相似律。在模型采用和原型相同的介质,即水和空气进行试验时,由于气泡上浮速度不相似,引起掺气浓度巨大的缩尺影响,本文首次对这种影响进行定量估计。研究表明,模型的比尺λL应足够大,以减小掺气浓度的缩尺影响。     

桥墩振动对其局部冲刷的影响

为了探究桥墩振动对其局部冲刷的影响,以圆柱型桥墩为例,开展了不同泥沙底床条件下的振动桥墩局部冲刷水槽试验。结果表明,在振动载荷下,对于中值粒径分别为14.42μm、31.75μm和85.92μm的细颗粒底床,当振动强度从0增大至3.72,最大冲刷深度和最大冲刷半径均随之增大;中值粒径为14.42μm的泥沙底床最大冲刷深度增幅最大达910%,且粒径越大,增幅越小。对于中值粒径为260μm的粗颗粒底床,当振动强度从0增至2.31,最大冲刷深度降低了37.50%,而最大冲刷半径增加了38.37%。因此,桥墩的振动对其局部冲刷有着重要影响,且对细颗粒底床和粗颗粒底床的影响不同。桥墩振动导致有黏性的细颗粒泥沙发生流变从而加剧了其局部冲刷;而无黏性的粗颗粒泥沙受到振动作用而加密,其局部冲刷削弱。提出了考虑桥墩振动的局部冲刷深度计算公式,其理论计算值与实测值相对误差在±20%的数据达87.5%,能够为涉水桥梁基础埋深的设计提供更合理的计算依据。     

射流冲刷平衡深度研究

本文通过水槽实验和理论分析,研究了在水流速度低、泥沙易淤积的区域引入平面冲击射流对消除泥沙淤积的影响。实验观测了射流局部达到冲刷平衡时,最大冲刷深度随射流喷口高度、喷口宽度、喷口流速、横流流速及泥沙特性变化的规律。由泥沙起动理论和平面射流运动规律,建立了射流冲刷平衡深度计算式。用不同性质的泥沙和采用不同射流喷口宽度、不同喷口高度的射流冲刷实验资料对建立的计算公式进行了验证,计算结果与实验资料吻合良好。     

Impacts of ice cover on local scour around semi-circular bridge abutment简

The presence of ice cover in winter can significantly change the flow field around bridge abutments, which can also cause a different local scour pattern. To investigate the impacts of ice cover, results from a recent flume experiments were presented. Smooth and rough ice covers were created to investigate the impacts of ice cover roughness on the scour geometry around the semi-circular abutment. Three bed materials were used, with 50D s of 0.58 mm, 0.50 mm, 0.47 mm respectively. Scour volume and scour area were calculated. It was found that the maximum scour depth was located 75o inclined to the flume wall. Under rough ice cover, the scour area and scour depth were the largest. An empirical equation on the maximum scour depth was also developed.     

高坝挑射水流对岩石河床冲刷的研究综述

高拱坝大流量坝身泄洪几乎全部采用挑流消能方式,为此分析了国内外关于挑射水流对岩石河床冲刷的各种理论,并对高拱坝挑流消能冲坑深度预测、基岩冲刷的模拟方法、岩石冲刷破坏机理研究等问题进行了综述。同时提出岩石河床冲刷研究的关键课题。     

垂直射流冲刷砂床的喷嘴间距试验研究

疏浚工程中常利用射流进行河道清淤和冲砂施工。为探究喷嘴间距对射流冲刷的影响,开展了一系列不同靶距、速度和间距的双喷嘴冲刷粗砂、中砂砂床试验,分析了冲刷坑形、冲坑深度和冲坑截面积的变化特性,得到了各工况下的最优喷嘴间距L_B和不利喷嘴间距L_N。结果表明,对于同一粒径砂床,改变靶距和速度冲刷时的L_B和L_N值变化较小,而与粗砂砂床相比,冲刷中砂砂床时的L_B和L_N值均有所增加。研究成果可供疏浚工程中射流系统设计作为参考。     

三峡水库蓄水后宜昌一杨家脑河段冲刷及粗化

水库蓄水引发的下游河道再调整,对河流未来演变与人类活动均有重要影响.根据现场实测水文、地形与床沙资料,对三峡蓄水后下游宜昌-杨家脑河段的河床冲刷下切、粗化等现象进行了统计分析.结果表明,三峡水库蓄水后导致宜昌相同来流情况下来沙剧减,这是导致研究河段冲刷的根本原因.2002-2006年间主要冲刷区逐年下移,冲淤幅度逐渐变小.而2006年汛末与2008年汛末三峡水库水位的抬高均导致冲刷量的突增.2002-2006年各河段曼宁糙率值逐步增大,尤其是坝下河段.床沙组成中卵石含量迅速提高,坝下河段河床中值粒径亦明显增大,而枝城以下河段不明显.这种上、下游河段粗化过程的差异性与河道冲淤、糙率变化是一致的.