高重力坝挑坎体型及水力特性对比

基于水工模型试验方法,利用几何比尺为60的黄河古贤水利枢纽水工模型,研究了连续式、窄缝式、差动式、燕尾式、直边窄缝燕尾式及曲面窄缝燕尾式共6种体型挑坎的水舌特性及水垫塘底板的压强特性。结果表明:连续式挑坎水舌呈连续且集中的形态;当挑角为30°时,窄缝式挑坎并未呈现纵向拉伸的水舌形态,内外缘挑距大,入水宽度小,冲击压强与脉动强度较大;差动式挑坎水舌呈现分层分股的形态特征,入水宽度变大,冲击压强与脉动强度减小;燕尾式挑坎水舌纵向呈扫帚状,水舌面积增大,在空中扩散、掺气、摩擦消散充分,入水宽度大大增加,沿程时均压强未出现冲击压强且脉动强度最大值比连续式、窄缝式及差动式挑坎分别降低59.5%、69.8%和39.4%;曲面窄缝燕尾式挑坎横向收缩与纵向拉伸效果比直边窄缝燕尾式挑坎好,且横向收缩有利于近坝区水体紊动及削弱二道坝区水体紊动;燕尾式挑坎有利于水垫塘底板稳定和下游消能防冲,对于类似高重力坝挑坎体型选择具有一定参考价值。     

窄缝式消能工的水力特性及其体型研究

研究窄缝坎挑流的水流特性、消能要求及其体型参数的选择 .窄缝使水舌出流挑角增大 ,水舌纵向拉开 ,形成水流变形耗能 ,且加剧了水流紊动、水舌破碎而掺气的耗能 ,使消能效果增加 ,冲刷减少 .提供了不同收缩比与水舌出流挑角变化关系的试验成果及水舌纵向拉开值的估算公式 .     

基于降雨分析的窄缝挑坎消能工水翅特性研究

通过建立窄缝挑坎消能工物理模型,模拟研究出射水流的激溅水翅问题。通过调整窄缝挑坎体型参数( 弗氏数Fr、收缩比 β、挑角 θ)以获得不同出射水流条件,进行对比试验分析水翅的成因及其引起的降雨量区域强度变化趋势,甄别影响水翅形成及其强弱变化的主要水力参数,总结其变化规律。研究表明,窄缝消能工水舌的外缘挑距和入水长度均会随着弗汝德数Fr的增加而增大,挑坎下游典型区域的雨量分布亦随之发生变化;随着窄缝收缩角的增大,急流冲击波波角逐渐变小,水翅向岸边扩散的角度变小,冲击波交汇点距离窄缝出口更近,降雨向岸边扩散的范围也逐渐变小;此外收缩比与水舌外缘挑距和入水长度变化成反比。本研究成果可进一步加深对窄缝挑坎消能工水力特性尤其是水翅形成机理的认知,为工程实践提供优化依据。     

曲面贴角鼻坎水舌下游冲刷深度计算方法

本文研究了纵向拉开水舌外缘水股进入水垫后扩散机理,推导出水股入水后流速递减到河床基岩不冲流速时河床冲深计谋公式。公式中考虑其它水股对计算水股冲刷深度影响,引进了影响系数。可以分层计算出纵向拉开水舌各部位水股不同不冲流速时的冲刷深度线。公式适用于曲面贴角斜鼻坎和对称曲面贴角窄缝鼻坎的纵向拉开水舌形态冲深计算,也适用于曲面贴角斜鼻坎的复合形水舌冲深计算。     

非对称窄缝挑坎水力特性研究

非对称窄缝挑坎是针对山区弯曲河道泄洪消能的一种新型消能工。基于水力学模型试验研究了偏转角为0°~10°非对称窄缝的水力学特性,重点分析了挑流段水面线特性、边墙压力分布、挑距及入水范围。模型试验上游来流采用有压装置生成,参照规范建议值选定了窄缝消能工模型的收缩比、挑角等参数。试验结果表明:弗劳德数Fr与非对称偏转角对挑流水面线、边墙荷载、挑距有较大影响。非对称窄缝挑坎可以有效地使挑流发生转向,相比对称窄缝挑坎,在相近的流量下非对称窄缝水舌扩散更为均匀,从而有效减弱了水舌对两岸的冲刷,减小了水舌对河床的冲击力度。     

挑坎水舌运动轨迹控导措施研究

依托某工程泄洪洞出口消能工体型优化试验,对常规挑坎、平面扩散型和纵向扩散型消能工（窄缝挑坎）的挑坎水舌特性进行了对比研究,其中重点对窄缝挑坎消能工鼻坎体型对水舌运动轨迹、水舌形态、入水范围的控导作用进行了初步探讨。研究结果表明：通过侧墙非对称偏向、出口局部偏转等措施实现挑坎水舌运动方向的控导效果,适应下游河道边界特殊需要,较好地解决了工程消能难题,可为同类型工程提供参考,但鼻坎体型、尺寸等参数与水舌运动轨迹的定量关系仍有待进一步深入系统研究。     

窄缝挑坎水面线及水舌挑距的试验研究

考虑到窄缝收缩段的急流水力特性,在试验分析的基础上,提出了计算窄缝挑坎水面线的简化方法。同时通过对窄缝挑坎射流特性的分析,本文给出了确定窄缝挑流水舌挑距的估算方法。     

燕尾坎不同体型参数对其水力特性影响研究

为研究燕尾坎不同体型参数对其水力特性的影响,文章基于黄河古贤水利枢纽工程水工模型,采用物理模型试验的方法,选取不同开口处挑角和燕尾宽度进行试验,分析对比不同体型参数下的内外缘挑距以及水垫塘的冲击压强和脉动压强。试验结果表明:开口处挑角主要通过影响内缘挑距来影响水舌纵向拉伸程度,随着开口处挑角的不断减小,水舌入水宽度变宽,水垫塘内冲击压强和脉动压强逐渐减小;燕尾宽度主要通过影响外缘挑距来影响水舌纵向拉伸程度,随着燕尾宽度的不断增加,水舌入水宽度变宽,水垫塘内冲击压强先减小后增大,脉动压强逐渐减小。研究结果可为其他消能工程燕尾坎体型的选取提供了依据。     

以淹没射流的观点估算窄缝挑坎外缘射流抛射距离

流速系数的大小直接反映了溢流面上的能量损失,决定了反弧鼻坎上平均流速的大小,从而影响着水舌挑距的计算结果。以淹没射流的观点估算窄缝挑坎理论挑距,其结果和实际运行情况基本吻合,说明所得公式有一定的精度。     

小湾水电站泄洪洞窄缝挑坎数值模拟研究

窄缝挑坎在水利工程中应用广泛,但尚无成熟的设计方法,工程设计中窄缝主要参照类似工程初拟体型,并经模型试验优化后最终定型。但模型试验存在耗时长、费用高、常规仪器测量精度较低的不足。采用RNG k-ε紊流模型,利用Flow 3D独特的FAVOR网格技术,对小湾水电站泄洪洞窄缝挑坎进行三维数值模拟研究。模拟结果表明窄缝挑坎内水深、水舌形态、水舌前后入水点、水舌最高点及起跳角度等计算结果与模型试验、原型观测值基本一致。表明Flow 3D数值模拟研究方法可作为窄缝挑坎设计的一种方法,并可节省时间和工程费用,优势显著。     

窄缝挑坎收缩段急流冲击波特性的探讨

窄缝挑坎是五十年代国外开始采用的一种新型消能工。近年来,我国许多院校和科研单位对窄缝挑坎的体型和水力特性也开展了大量的研究,提出了许多有益的认识和建议。本文对窄缝挑坎收缩段的急流冲击波特性进行了较详细的分析研究,将窄缝挑坎收缩段的水流分为波前上游区和波前下游区两个不同流态的区域,对波前上游区水力要素的沿程变化规律作了初步的探讨。同时在伊本等人提出的急流冲击波计算公式的波前上游边界条件的基础上进行了修改补充,可用作窄缝挑坎收缩段边墙水面线的计算,并作为确定窄缝挑坎边墙基本尺寸均依据。     

溢洪道出口窄缝挑坎特性研究

消能工体型的选择在水利工程设计中至关重要。采用RNG k-ε紊流模型与VOF方法对泄洪过程中溢洪道与水垫塘内的水流进行水气二相流三维数值模拟,研究窄缝型挑坎消能工的水流特点及规律,结果显示,数值模拟计算的水深、水流流态、入水角度等参数与模型试验结果吻合较好,验证了数值模拟的可行性。在此基础上,计算分析了窄缝型挑坎收缩段水流及空中水舌的水力特性,以及水垫塘底板压强分布规律,确定出窄缝型挑坎最大压强所在位置及空中水舌流速变化规律。研究结果表明：窄缝型挑坎束窄水流作用明显,其空中水舌同一横断面的最大流速位置基本相同,同一纵向断面垂向流速差沿程逐渐减小,挑坎收缩段底板处流速大小呈抛物线形分布,而压强分布沿程呈现3个区间3个趋势的分布规律。研究成果可为实际工程中同类型消能工的设计提供参考。     

曲面贴角窄缝鼻坎在大坝中孔的应用研究

曲面贴角窄缝鼻坎是一种收缩式消能工,除具有传统窄缝鼻坎的优点外,还具有其他一些优点.结合张河湾抽水蓄能电站下水库泄水建筑物水力学模型试验,对大坝中孔直边墙窄缝鼻坎和曲面贴角窄缝鼻坎进行了对比研究.试验表明,曲面贴角窄缝鼻坎在各特征工况下水舌扩散更加充分,冲刷明显减轻,并且可大幅度降低鼻坎末边墙的高度.曲面贴角窄缝鼻坎可在具有中、高佛氏数水流的泄水孔推广应用.     

计算斜切挑坎冲坑深度的方法探讨

通过对斜切挑坎的数值模拟计算,将常规水力学参数计算结果与试验结果进行对比分析后发现,数值计算在研究斜切坎的水深、压强等方面可以得到与试验研究相一致的结果,因此可以认为,其挑流水舌入水长度的计算值也同样与实验结果具有良好的吻合度,从而避免了物理模型试验由于测量水平的限制造成的较大的实验误差,进而可以根据该入水长度计算出水舌入水单宽流量并运用各家估算公式,得出冲坑平衡水垫深度。     

窄缝急流冲击波与水舌扩散规律研究

采用模型试验手段,通过改变来流断面水流弗氏数Fr及窄缝收缩比β2个参数,重点研究了窄缝挑坎内急流冲击波交汇点位置及水流出坎后扩散规律。研究结果表明:β对冲击波交汇点位置影响较大,而来流Fr影响较小;β越大,冲击波交汇点越靠近挑坎出口;冲击波交汇后,挑坎内表面水体开始起挑,随着β的增大,水流出射角相应减小,β=0.2～0.25时,冲击波交汇点距挑坎出口距离占挑坎总长30%～40%,此时水舌扩散充分性及稳定性都较优。研究成果进一步丰富了对窄缝挑坎水力特性的认识,并为设计提供一定的理论依据。     

泄洪洞窄缝燕尾组合挑坎试验研究

采用物理模型试验的方法,在综合考虑燕尾挑坎、窄缝挑坎2种消能工各自特点的基础上,针对长河坝水电站2^#泄洪洞挑流水舌所必须达到的挑射效果,进行了窄缝燕尾新型组合挑坎的试验研究。从挑坎内部水流流态、出挑水舌形态以及下游消能防冲效果3个方面进行了燕尾挑坎、窄缝挑坎以及新型组合挑坎之间的对比试验。研究结果表明新型的组合体型兼有燕尾挑坎与窄缝挑坎的优点,它在改善坎内水流流态、水舌形态、减轻下游河道冲刷方面起到了重要作用,同时也满足2^#泄洪洞出挑水舌的限制要求。试验的研究成果可供类似工程参考。     

大流量表孔窄缝坎挑流控制试验研究

贵州省高生水电站三表孔采用窄缝挑流消能,在其整体水工模型试验中发现:其边表孔受边墩绕流效应的影响,冲击波水股交汇后偏斜于主流水舌流动,导致水舌砸击岸坡。在大流量工况下,窄缝坎内水流局部堵塞。该文开发了一种实用型窄缝坎,其收缩程度在垂向上由低至高逐渐减小,以解决大流量下的水流堵塞问题;同时对左右边墙采用非对称设计,原弱冲击波侧采用的收缩程度较大,以平衡两侧冲击波的强度对比,避免了冲击波水股冲击岸坡等不良流态的发生。     

窄缝式消能工的水力特性及其体型研究

叙述了窄缝坎挑流的水流特性，消能标准及其体型Lα，β,b,B的选择，窄缝使水舌出流挑角θ2增大，水舌纵向拉开。试验提供了不同β与θ2变化关系的试验成果及水舌纵向拉开值的估数式，解决了水力计算中的这一问题，可供工程设计人员参考。     

窄缝挑坎在高拱坝深孔中的 初步应用研究

在锦屏一级水电站（拱坝坝高305 m）整体水工模型上将窄缝挑坎应用于高拱坝泄洪深孔,对窄缝挑坎体型参数选择和布置进行了试验研究。试验结果表明,窄缝挑坎应用于高拱坝深孔,可以获得窄长下泄水流流态;边墙压力测量结果显示,深孔采用窄缝挑坎后边墙无负压出现,但在窄缝收缩起点附近存在压力增大;射流水舌在水垫塘内纵向扩散效果显著,水垫塘底板时均冲击动压分布相对常规挑坎时而言更加坦化,底板冲击动压差也大大减小,这对水垫塘底板稳定和减小射流冲刷有利.     

拱坝中孔平底与跌坎窄缝消能工对比试验

结合大花水水电站中孔泄水道的水力学模型试验,对拱坝泄水中孔平底和跌坎两种窄缝消能工进行了对比试验,指出：平底窄缝消能工水流冲击工作弧门支铰,水舌纵向拉开不够充分,不能满足工程需要;跌坎窄缝消能工水流不冲击弧门支铰,且水舌纵向拉开长度明显增大,在各种水头下均能形成形态良好的窄缝水舌,解决了该泄水道的高速水流问题。