跌坎式底流消能工的消能机理分析与研究

对比常规的底流消能工，对跌坎式底流消能工消能水力特性进行了分析和试验研究。通过对底流消能机理的分析、平面紊动射流的流速分布和对比模型的对比试验，分析了消力池中的水流运动状态和跌坎在消力池中的作用。利用跌坎式底流消能，可大大降低临底流速，减小消力池底板上的脉动压强，增加淹没射流消能效果和水流的平稳，减小雾化对周围环境的影响，是一种有效的新型消能方式。     

斜向进水消力井淹没射流水力特性机理分析

云南地处高原山区,水文气象条件各异,地形陡峻、工程地质条件复杂,在常规消能工无法布置的情况下,消力井是一种可行的选择。对于斜向进水消力井,其水力特性未见更多研究。针对一定纵坡条件下斜向进水消力井井内淹没射流,基于井内水流紊动射流分区,对淹没射流条件下的水股作用力进行机理分析,推导得出了斜向进水条件下圆形消力井射流沿程最大流速及冲击区井壁时均作用力表达式;进而结合水力学试验进行了一定纵坡下的半经验公式参数率定。研究成果可为类似工程的设计提供参考。     

水垫塘多层淹没射流数值模拟及消能研究

本文对纵向多层淹没射流水垫塘流态进行了数值模拟，将能量方程耦合于ＳＩＭＰＬＥ算法中使计算结果与实测值更为接近．文中分析、比较了单层和多层射流入塘后的水流结构及消能机理．研究表明，由于多层射流的能量耗散加快且分布均匀化和“动水垫”效应，使其在充分发挥水垫消能作用，提高消能率和降低塘底动水荷载及冲剧等方面明显优于单层射流．     

高坝下游水垫塘内典型流态演变问题探讨

为揭示高坝泄洪消能机理及水垫塘防护措施，系统地研究了水垫塘内的流态特征。根据高坝下游水垫深度的不同，塘内水流呈现自由冲击射流、淹没冲击射流和面流三种流型。结合二滩、小湾等工程试验资料，本文给出了不同流态之间转变的实用判别条件。     

扭曲型挑坎挑流的数值模拟

采用RNGK-ε湍流模型与VOF多相模型对扭曲型挑坎挑流进行水气两相流三维数值模拟,模拟了挑坎里的自由水面与挑流的空中轨迹线,得到计算域的速度、压强、湍动能K与湍动能耗散率ε的分布、内外挑距与水舌宽度,并与物理模型的试验结果进行比较,两者吻合良好,验证了该数值模拟方法的可靠性、合理性。     

宽尾墩下游消力池底板动水荷载试验研究

“宽尾墩 消力池”是 3 0年前由我国首先提出并发展起来的消能形式。在依托工程模型试验的基础上 ,通过大量点、面水流脉动荷载测试数据的综合分析 ,基本掌握了宽尾墩射流作用下消力池底板动水压力的规律性分布 ,提出了点、面脉动荷载系数确定方法和结果 ,不仅为工程消力池底板结构稳定计算提供了科学依据 ,而且也提高了该消能形式水流动力特性的认识。     

NUMERICAL SIMULATION OF 3-D TURBULENT FLOWS OF PLUNGE POOL AND ENERGY DISSIPATION ANALYSIS

A 3-D numerical model for simulating the complicated turbulent flows was developed and the code was made. A numerical calculation of the plunge pool of Laxiwa project in China was carried on. Those 3-D distributions of velocity,pressure on bottom wall,turbulence kinetic energy and turbulence energy dissipation rate are revealed in detail and the detailed flow patterns of plunge pool were shown. By studying on the characteristics of turbulent diffusion and energy dissipation,the calculated results show that the major turbulence and energy dissipation are taken place near the axis of water jet. The calculated results also indicated that the calculated maximum impact pressures on the bottom wall of the plunge pool have a good agreement with those obtained by physical hydraulic model test.     

水垫塘三维紊流数值模拟及消能分析

开发了能模拟复杂紊流的三维数学模型，编制了大型计算程序，针对拉西瓦水垫塘进行了数值模拟，揭示了水垫塘内速度，压力，紊动能及其耗散率的三维分布规律，获得了详细的水垫塘流态特性。研究了水流紊动扩主消能特性，反映出紊动和消能大量地发生在射流轴线附近，计算所得的底板最大冲击动压与实验值进行了比较，二者符合良好。     

挑流消能水气二相流数值模拟

采用VOF法对挑流消能从库区到下游水垫塘进行了全程水气二相流二维数值模拟。模拟了射流的空中轨迹线和水垫塘的自由水面，得到了计算域的流线、压力、流场、紊动能k及紊动能耗散率ε分布，并用物理模型对模拟结果进行了验证，二者吻合良好。说明利用湍流二相流模型及VOF法对空中射流水舌及水垫塘流态模拟是可行的。     

宽尾墩-跌坎型底流联合消能工水力特性试验研究

通过水工模型试验着重分析比较了宽尾墩-跌坎联合消能工与跌坎以及常规消能工消力池内的水流流态、临底流速以及脉动压力等,并根据试验结果拟合分析了该联合消能工的强迫水跃长度公式。试验结果表明,该种新型的消能方式改善了跌坎消力池内的水流流态,降低了消力池内的临底流速和脉动压力,缩短了消力池的长度,减轻了下游河道的冲刷,并且能很好地利用宽尾墩良好的消能率,克服宽尾墩挑射水流对消力池底板的冲击问题,为类似工程提供了参考,同时也丰富了泄洪消能工的型式。     

水垫塘的水流特征和消能规律研究

 结合乌江构皮滩水利枢纽工程消能问题研究,用热膜流速仪在比尺为1∶380的精细模型上量 测了拱坝挑跌流在水垫塘内的流速场,并由试验成果分析了淹没射流在水垫塘内的消能过程, 计算了消能率。研究表明,要想提高水垫塘的消能效率,就必须设法增大强紊动剪切层区的范 围。      

泄洪洞扭曲型挑坎数值模拟应用

为探究验证泄洪消能工扭曲型挑坎的可行性和合理性,以红岩河水库右岸泄洪洞末端扭曲型挑坎为例,采用标准k-ε湍流模型和VOF多相流模型对扭曲型挑坎进行水气两相流三维数值模拟。研究结果表明计算域的整体流态及水面线高程与水工模型试验数据吻合良好,计算误差较小;挑距挑高及冲刷坑深度数据均显示挑坎布置合理,运行安全;下游冲刷趋势与流速紊动能分布均显示消能充分,水流顺利归河。为后期使用数值模拟的研究方法对大交角狭窄河道情况及挑流鼻坎型式的优化设计提供了参考和借鉴。     

热膜测速技术在挑射水流中的应用及高坝消能机理的研究

为探讨挑射水流在冲坑内的基本特征与消能机理，首次利用热膜测速技术量测定床冲坑中淹没射流的沿程时均流速和脉动流速分布，并同时量测沿坑底的压强场，给出入射区、冲击区和壁射流区３个子区的流速和压强的变化规律；计算坝面摩阻消能，空中扩散消能和冲坑水垫中紊动剪切消能３部分的消能效率。     

热膜测速技术在挑射水流运动特性及高坝消能机理研究中的应用

本文为探讨挑射水流在冲坑内的基本特征与消能机理，首次利用热膜测速技术量测定床冲坑中淹没射流的沿程时均流速和脉动流速分布，并同时量测沿坑底的压强场，给出入射区、冲击区和壁射流区三个子区的流速和压强的变化规律；计算坝面摩阻消能、空中扩散消能和冲坑水垫中紊动剪切消能三部分的消能效率。     

水垫塘的水流特征及其综合评价指标

 高坝下游挑跌水流在水垫塘内的流态是相当复杂的。定性上可看作为淹没冲击射流和淹没水跃流的混合流态。一方面射流入水后沿程不断扩散，在冲击区对水垫塘底部产生巨大的冲击压力，具有淹没冲击射流的特征；另一方面在冲击区下游，高速主流贴近床底并沿程扩散和迅速跃起，同时在主流区的顶部形成较大的表面漩滚区，流态特征类似于淹没水跃流。针对这种混合流态，提出一个综合评价水垫塘消能效率的新指标，以便为水垫塘设计提供科学依据。     

跌坎型底流消能工的跌坎最小深度研究

跌坎型底流消能工消力池内的水力特性受到跌坎深度的影响。应用平面紊动射流理论,以消力池内允许的最大时均动水压强为控制目标,对于跌坎最小深度的确定方法进行了初步分析,建立了计算跌坎最小深度值的理论公式。通过水力学试验方法,得到消力池底板时均动水压强与跌坎最小深度之间的关系,同时与跌坎最小深度试验值进行了比对,对本文建立的理论公式进行了验证。     

三河口水利枢纽泄洪消能工体型优化试验研究

通过水力学模型对三河口水利枢纽泄洪消能工体型进行了试验研究。结果表明:两底孔出口采用矩形不对称宽尾墩形成的窄缝体型,三表孔采用左、右表孔差动式齿坎与中表孔舌型鼻坎组合的优化方案具有表孔、底孔出口水舌上下分层、前后拉开、横向扩散的特点,从而改善了水垫塘内的水流流态,提高了消能效率,水垫塘底板所受动水冲击压力及脉动压力达到了设计要求。     

溢洪道挑流鼻坎水气二相流数值模拟研究

针对某溢洪道挑流消能存在的问题,采用VOF方法、立方体网格和k-ε紊流模型对溢洪道整体水力特性进行了三维数值模拟,对挑射水流流态、水舌掺气、水垫塘底板压强、下游河道流速等方面进行了分析。将某溢洪道由原高低式挑流鼻坎修改为差动式后,增大了下泄水流入水范围,提高了挑流消能的消能效率,减小了水垫塘底板压强,降低了下游河道水流流速。优化方案数值模拟结果得到了模型试验结果的验证。     

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。     

NUMERICAL SIMULATION OF 3-D AERATED JET BEHIND FLIP BUCKET OF OVERFLOW DAM

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＪｅｔｆｌｏｗｗｉｄｅｌｙｅｘｉｓｔｓｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ,ｔｈｅｎｃｅｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆｆｌｏｗｉｓｖｅｒｙｉｍ ｐｏｒｔａｎｔｉｎｔｈｅｏｒｙａｎｄｐｒａｃｔｉｃｅ ,ａｎｄｍｕｃｈｗｏｒｋｈａｓｂｅｅｎｄｏｎｅｆｏｒｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ,ｎｕｍｅｒｉ ｃａｌｍｏｄｅｌｓａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｊｅｔｆｌｏｗ [1 ] 　 .Ｙｅｔｕｎｔｉｌｎｏｗｍｕｃｈａｔｔｅｎｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｐａｉｄｔｏｔｈｅｊｅ…