X宽尾墩应用与发展的试验研究

本文在总结传统宽尾墩与普通X宽尾墩消能工所存在问题的基础上，通过思林水电站泄洪消能建筑物的试验结果分析，提出一种新型X宽尾墩消能工。该消能工体型简单，能满足表孔泄洪流量变化范围大、消力池纵向长度小、尾坎低的要求。与传统宽尾墩对比试验结果表明，消力池水流消能充分、下游河道水面波动小、消力池底板脉动小、满足工程安全运行的需要。     

低弗劳德数水流辅助消能工空蚀问题研究

辅助消能工的空蚀问题是水利工程中重点关注的问题之一。本文针对水利工程中常遇到的消力墩表面空蚀破坏问题进行了试验研究,提出通过两种方法解决空蚀问题:采用消力池+不完全宽尾墩+消力墩联合消能工和圆化消力墩棱角。试验结果表明:采用联合消能工不仅能够减小底流流速、减轻水流对消力墩的冲击力,而且能够提升消力墩表面的空化数、有效提高消能率。适当圆化消力墩棱角可以降低初生空化数;还能减轻紊动、提升空化数,从而提高消力墩的抗空蚀能力。     

等壳水电站泄洪建筑物优化设计

新型消能工较好的利用了水力学基本原理,取得了很好的消能效果,宽尾墩＋阶梯溢流坝＋消力池消能即是现阶段表孔溢洪道消能常采用的形式之一。研究了在河道地形受限条件下,底孔不同挑坎形式对消能效果、水力衔接及工程下游河道冲刷情况的影响     

复式消力池在山区小水电中的应用研究

山区小水电虽然装机容量小，但泄洪消能任务重。本文在重庆郁江斑竹园水电站消能工模型试验研究中，对消力池进行了加深、延长、布设消力墩、调整尾槛等多种措施，结果均难以达到较好的消能效果。最后采用了纵向分级、横向差动的复式消力池——左侧主池纵向分为两级、右侧辅池适当抬高池底高程的两级差动式消力池，不仅消能效果达到设计要求，而且节约了开挖工程量，并对有关参数的确定进行讨论，望对有关工程设计有所助益。     

T形墩消力池的研究与应用

Ｔ形墩消力池是在平底池内加设平面上呈“Ｔ”形、前墩用支腿与尾坎相联的辅助消能工消力池。这种消力池由课题组于１９７８年在国内率先研究并应用于三江口水电站溢流坝。其显著特点是能缩短池长４０％～７０％。至今国内已建成１３座这样的低水头消能工。本文对Ｔ形墩消力池的墩型、流态、水力计算方法、平均单宽阻力及阻力系数、消能机理、设计原则与步骤，以及取得的新进展等进行了论述。     

宽尾墩和窄缝挑坎—收缩式消能工的应用

收缩式消能工的特点是利用过水断面在宽度上收缩,促使射流在纵向更充分扩散,同时增加水流掺气。这种消能工在原理上特别适用于狭窄河谷中的高水头泄水建筑物。收缩式消能工的一种形式是窄缝挑坎,它在国外应用已近30年的历史,效果良好。我国近年首创的宽尾墩也是一种收缩式消能工,室内试验表明宽尾墩增强消能作用的效果是显著。更兼它结构简单,所形成的收缩射流除与坝面的接触面积显著缩小外,还可大量掺气,对坝面防蚀减蚀也很有利,是一种值得重视的新型消能工。     

宽尾墩的泄洪消能效果与雾化影响

宽尾墩是行之有效的收缩式消能工体形,也经许多工程实践所证实.它消能效果和流态很大程度取决于体形设计.本文简要的论述几个体形参数的选择,同时也讨论了宽尾墩泄洪时雾化问题,并提出雾化影响计算公式和雾化防治观点.     

不同台阶数的过渡阶梯对阶梯溢流坝面压强及消能特性的影响研究

宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化消能工很好的解决了我国由于大单宽流量和高水头等引起的高速水流问题,该消能工常采用过渡阶梯连接宽尾墩与阶梯溢流坝。本文基于阿海水电站溢流表孔,应用水汽两相流VOF计算方法的三维RNG k-ε湍流数值模型,速度与压力采用PISO耦合的算法方式,利用几何重建格式对水气交界面附近进行插值的非恒定流迭代求解,对1个高2 m、宽1.5 m台阶组成的过渡阶梯,2个高2 m、宽1.5 m台阶组成的过渡阶梯,3个高2 m、宽1.5 m台阶组成的过渡阶梯和原工况四种方案的宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化消能工进行三维流场数值模拟。结果表明:各方案均在首级阶梯内产生负压,且前三种工况在首级阶梯固壁压强分布基本一致,竖直壁面最大负压均出现在桩号22.56 m附近,其最大负压(-0.899 k Pa)较原工况最大负压(-4.469 k Pa)小。同时前三种工况水平壁面最大负压(-0.597 k Pa)较原工况最大负压(-3.898 k Pa)也小。即过渡阶梯的台阶数对负压分布影响不大。在消能方面,有2个台阶组成的过渡阶梯对阶梯溢流坝的消能率最高(为34.205%),其中过渡阶梯的首级台阶对阶梯溢流坝的消能效果影响最大。     

跌扩型底流消能工消能的试验研究

采用水力学试验方法,对跌扩型底流消能工的消能及其机理进行了初步分析和试验研究,详细分析了跌扩型底流消能工消力池内水流流态与水流结构,由此论述了该消能工的消能机理,又在试验成果的基础上从消减临底和临墙流速方面分析了跌扩型底流消能工的消能作用。研究成果表明,跌扩型底流消能工,由于跌坎和突扩的存在,大大减小了临底和临墙流速,提高了消能效果。     

过渡阶梯体型对一体化消能工水力特性的影响

宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池的一体化消能工有效地解决了我国高坝泄洪建筑物在高水头、大单宽流量下的高速水流问题,但仍然存在空蚀破坏的问题。通过对三种过渡阶梯与阿海原工况共4种方案下Y型宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化消能工进行水工模型试验,对比分析其水力特性,结果表明：①各方案反弧段内的最大时均压强出现在方案一中,相比有过渡衔接方式的三种方案的最大时均压强增加了3.3%;②过渡阶梯体型对台阶面负压影响较大,最大负压均出现在第二台阶立面凸角上缘,四个方案中,方案三最大负压最小,为-0.33 kPa;③从消能方面来看,方案一的消能率最低,为51.71%,方案三的消能率最高,为52.77%,比方案一增加了2.05%。     

福建省泄水建筑物中应用的新技术及其作用

本文通过四个福建省水利水电工程 :南靖南一水库在高溢流坝上采用窄缝消能技术、尤溪水东水电站在碾压混凝土重力坝上采用宽尾墩 阶梯式坝面 戽池联合消能技术、穆阳溪芹山水电站在面板堆石坝的旁侧溢洪道上采用斜切双扩散坎新型消能工 ,以及在安仁溪砌石双曲拱坝上采用大差动齿坎消能技术等一系列新的工程措施 ,使水流的结构和消能机理均发生了深刻的变化 ,从而达到优化水利水电工程的枢纽布置 ,节省工程投资和减少下游冲刷的目的。     

掺气分流墩在仙米水电站的应用

青海仙米水电站原设计方案中的消力池入池单宽流量大、流速大、消力池长度不够、消能不充分.经多方案设计比较和试验研究,采用掺气分流墩设施后,消力池中的水流非常平稳,跃后水深也有较大幅度地降低,消力池长度减小了20.0 m,尾坎高度也降低了1.0 m.     

利俩水利枢纽排洪道消能方案研究

结合“利俩水利枢纽水工整体模型试验”的研究成果，对排洪道消能方案的选择进行了深入的分析论述。经研究推荐的宽尾墩加小斜坎结合反坡挑坎的联合消能布置形式，较好解决了该类型排洪道的消能问题，效果良好。     

边宽尾墩体型对边墙区域水流水力特性的影响研究

本文采用模型实验和数值模拟方法对Y型宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化消能进行分析研究,Y型边宽尾墩在满足泄洪消能条件下,侧收缩角设置不佳,会出现水流飞溅出边墙的问题。通过实验结果,比较分析三种不同体型边宽尾墩的整体水流流态、墩后水翅、溢流坝面时均压强、消力池时均压强及流速分布发现,边宽尾墩侧收缩角分别为19.03°、17.07°、19.98°、13.80°和19.98°、7.0°时消力池内水流流态均较好,其消能效果较好。当边宽尾墩侧收缩角为19.98°、7.0°时,水流不飞溅出边墙。     

缩放式洞内消能工水动力学特性数值研究

缩放式消能工有着消能效率高、构造方便的特点,在我国水电事业中有着广泛的应用前景,因此有必要研究缩放式消能工的水力学特性。本文主要通过数值模拟的途径,研究了缩放式消能工的水力学特性与相关体型要素的关系,并且重点比较了孔板与洞塞这两类消能工的共性与差异。研究结果表明,在厚度不变的情况下,孔板与洞塞这两种缩放式消能工的能量损失系数均随着孔径比的增加而变小;在孔径比不变的情况下,孔板的能量损失系数随厚度的增加而减小,洞塞的能量损失系数几乎不受其厚度的影响;在相同孔径比和入口水流条件下,孔板的消能效果要优于洞塞。     

高拱坝表孔宽尾墩体型优化试验研究

高拱坝表孔溢流坝面短,作用水头低,堰前行进水流具有向心倾向.宽尾墩消能工应用在高拱坝泄洪表孔必须与此特点相适应.本文对宽尾墩应用在高拱坝坝顶泄洪表孔的体型布置进行了试验研究.结果表明,宽尾墩应用在高拱坝表孔时,出口角度不宜采用挑角,而应采用俯角:采用较大的宽尾墩墩尾折角有利于水流的纵向扩散和减小水垫塘底板冲击动压;同时为避免拱坝曲率造成的水流径向集中现象,两边表孔宽尾墩应采用非对称体型设计.优化后表孔水流能够在竖向及纵向充分扩散,空中呈窄而高且长的流态,在水垫塘中横向分区入水明显,不仅使水垫塘底板冲击动压减小和冲击点向下游偏移,而且为高拱坝表深孔水舌相互穿插无碰撞消能,减轻泄洪雾化创造了条件,对狭窄河谷中的高坝工程具有重要的工程应用价值.     

重力坝下游宽尾墩和消力池联合消能工水力特性试验研究

某水电站是目前采用＂宽尾墩＋消力池＂联合消能工中坝高最大的水电工程,加之流量大,洪峰频率高,泄洪建筑物运用频繁,其泄洪消能问题十分突出。本文通过水工模型试验研究,对表孔宽尾墩体型设计参数进行了优化,同时对比分析了长、短消力池的流态、水面线、压力分布、临底流速等水力特性,提出了一个水力学较优的消能工体型布置方案。实测结果表明,消力池底板时均冲击压力高达42.9（9.81kPa）,脉动压力高达10（9.81kPa）.恰当增加消力池长度对于降低消力池出池水流波动和减轻下游河道冲刷有利。试验成果已为实际工程的消能防冲设计提供了重要的参考依据。     

高拱坝表孔宽尾墩水力特性试验研究

采用模型试验方法,对宽尾墩消能工应用于高拱坝表孔后,其下泄水流流态、泄流能力、水垫塘流态及水垫塘底板冲击动压等水流特性进行了研究。结果表明：高拱坝表孔宽尾墩流道内存在自由跌流、急流冲击波及缓流三种流态;当处于急流冲击波流态时,其下泄水舌呈窄而高且长的窄长流态,水舌纵向扩散效果明显,并且宽尾墩体型几何参数变化不会影响其泄流能力;水垫塘底板最大时均冲击动压值随着堰顶水头的增高而增大,随着宽尾墩收缩比的增加而增大,随着墩尾折角的增大而减小,随着坝面倾角的增大而减小。     

底挑消能工共轭水深的优化计算与试验研究

根据"底挑"这一新型消能工结构特点,基于水跃基本理论,研究和优化了计入反弧段离心力作用的跃前水深和考虑底挑反弧作用的跃后水深形成共轭水深时的计算方法,采用牛顿迭代法表达了底挑消能工共轭水深两者各自的计算式,并将优化后的共轭水深在水跃函数曲线图中补充体现。同时,以实际水利工程底挑结构为原型,按照枢纽既定工况,分别求得了共轭水深优化计算值与常规值,对比发现优化计算的第一共轭水深略大于常规值,而优化计算的第二共轭水深微小于常规值;并且结合水工模型试验研究验证了共轭水深优化计算的合理性和优势。     

跌坎底流消能水流再附长度的数值模拟研究

生态友好理念坝工建设趋势下,底流消能优势明显。采用消力池池首设置跌坎的底流消能工很好的解决了消力池临底流速高危害运行安全的难题。本文是在近年来多项高坝工程采用跌坎底流消能工的背景下,通过采用RNGk-ε紊流模型结合VOF方法的两相流数值模拟方法,开展了跌坎底流消能水流再附长度～跌坎高度～坎上水深～坎上流速相互关系的研究。研究结果表明,在坎高和坎上水深一定的情况下,流速的变化不影响水流的再附长度。同过研究结果的无量纲化,给出了L/d（再附长度/跌坎高度）～d/h0（跌坎高度/坎上水深）的关系。