堰顶收缩射流技术在湖南省的应用与研究

通过成功的工程实例,展示了湖南院自1992年开始研究中低头宽尾墩联合消能工以来,应用与研究的主要成果。并对基于堰顶收缩射流技术的宽尾墩联合消能工,运用于中低水头工程的原理和参数的选取提出了见解。     

宽尾墩联合消能工在我国的发展

宽尾墩联合消能工是我国首创的一项新技术。２０年来在我国已得到蓬勃的发展。本文回顾了宽尾墩消能工的发展历史；总结了宽尾墩－堰顶收缩射流新技术和各种传统的消能方式单独或联合消能工的流动特征、消能机理及消能能效果。讨论了有关的技术问题；提出了宽尾墩联合消能工今后发展的方向及展望。     

宽尾墩在福建龙湘水电站挑流消能中的作用研究

在设计与研究工作中,经常遇到具有中水头、大流量和低佛氏数等特性的工程,它们的下游消能问题难以用常规传统单一的消能工来解决,近年来通过与宽尾墩联合组成复合新型消能工来达到目的已成为一种趋势。龙湘水电站正是采用宽尾墩-挑流联合组成复合新型消能工解决下游消能问题。试验研究结果表明,宽尾墩通过收缩挑流水舌,使水流在纵向和竖向两方向扩散,增大了与空气接触面积,掺气充分(部分水分子雾化),因而提高了消能效果,减轻了水流对下游河床的冲刷。     

宽尾墩联合消能工在百色水利枢纽的研究和应用

介绍宽尾墩联合消能工在百色水利枢纽的研究和应用（１）采用宽尾墩－中孔－消池联合消能工的试验研究和水力计算；（２）采用宽尾墩一阶梯式坝面－消力池联合消能工的试验研究。     

宽尾墩与台阶坝面联合消能工的试验探索

通过对宽尾墩与台阶坝面联合消能工的机理分析,借助工程水力学模型试验,提出一种新型宽尾墩———X型宽尾墩。这种宽尾墩能适应大小流量的变化,具有良好的消能效果,消能率达60%～70%,比常规宽尾墩消能率高5%～10%;产生的射流对消力池底板的最大冲击压力,比常规宽尾墩小30%。因此,X型宽尾墩具有广阔的应用前景。     

宽尾墩的工程应用与发展浅析

结合工程实例综述了宽尾墩与其他消能工(如挑流、底流、面流)联合运用、以及宽尾墩在岸边溢洪道上应用的原理及在实际工程中的应用效果,介绍了目前中国新型宽尾墩的发展和应用。     

平班戽流消能工应用顶部跌流型宽尾墩的设计思路与优化

传统的Y型宽尾墩与戽式消力池联合消能工在岩滩水电站高坝中运用,取得极好的效果.但在中坝上且泄洪单宽流量大的情况下采用,将会因坝低、落差小、流程短而使泄洪水流不能获得充分收缩、扩散、碰撞到坦化全过程所需要的空间,无法实现预想的消能效果.平班水电站溢流表孔顶部跌流型宽尾墩用"分而治之"的方式,既保留了宽尾墩收缩射流的基本功能,又解决了中坝应用宽尾墩的局限性.它的应用为电站获得经济、工程及环保方面的效益.     

新型宽尾墩在索风营水电站的应用与研究

把宽尾墩应用到碾压混凝土台阶溢流坝面，形成“宽尾墩+台阶坝面+消力池”联合消能工，是我国科技工作者的一大创举。索风营水电站单宽流量达207m3/s·m，在应用台阶溢流坝面工程中属最大，经模型试验验证常规宽尾墩联合消能工已不能满足要求，于是提出了一种新型宽尾墩形式——X型宽尾墩，它继承了传统宽尾墩的优势，又拓宽了台阶坝面的消能作用。本文是“X型宽尾墩+台阶坝面+消力池”联合消能工在索风营水电站应用的水力特性研究成果的一部分。     

宽尾墩式消能工的研究现状分析及展望

针对宽尾墩在消能方面的优点做了大量的收集整理资料的工作,对宽尾墩的研究及应用现状、宽尾墩的体形选择及宽尾墩的水力计算进行了一个比较全面的调查摸底,提出了宽尾墩在运用方面的一些前景,为常规消能工难以解决的一些消能防冲问题提供科学依据.     

宽尾墩在桃林口水库溢流坝上的应用

桃林口水库原设计为二级消力池形式的底流消能工，采用Y型宽尾墩后，减短了池长．提高了消能率，进而减轻了水流对下游河床的冲刷。本文结合桃林口水库枢纽工程的特点，对宽尾墩的体型参数进行了研究，同时对宽尾墩与消力池联合消能工的消能效果进行了分析和论述。     

索风营水电站泄洪消能水力特性试验研究

为缩短工期，提高工效，索风营水电站采用宽尾墩 台阶坝面 消力池的联合泄洪消能形式。通过三种不同比尺的模型试验，分析比较了枢纽布置、表孔泄流能力、宽尾墩、台阶坝面及下游消能防冲等问题，提出了X形宽尾墩，它具有传统宽尾墩大单宽泄洪消能作用，同时又有台阶坝面小流量消能作用，使消力池底板承受冲击压强减小30％。     

THEORETICAL AND EXPERIMENTAL STUDIES OF THE FLARING GATE PIER ON THE SURFACE SPILLWAY IN A HIGH-ARCH DAM

The experimental studies of the flaring gate pier applied on the surface spillway in a high-arch dam show that a shock-wave will appear when the pattern of the flow is kept as super-critical. Meanwhile, the water depth at the outlet increases significantly, the flow moves downward in different directions, and the plunging jet is in a narrow and long shape, with a full longitudinal diffusion. In addition, the variation of the flaring gate pier design parameters affects little the discharge capacity of the surface spillway, these parameters including the contraction ratio , the contraction angle and the spillway chute angle . The pressure on the bottom of the spillway increases along the way and reaches the maximum before the outlet, and then decreases rapidly. Due to the flow impacting, the pressure on both sidewalls increases abruptly at the turning line of the flaring gate pier. To see the characteristics of the flow in the flaring gate pier, a simple calculation method is suggested based on the conversation of energy and mass, and the calculation methods for the jet trajectory and the horizontal length in air are also proposed. The results are found in good agreement with experimental data.     

阶梯溢流坝和宽尾墩及消力池组合消能的水流数值模拟研究

采用两相流模型,辅以Realizable k湍流模型,来模拟阶梯溢流坝和消力池组合以及阶梯溢流坝、宽尾墩和消力池组合两种联合消能工的水力特性,获得了流速场、压强场、紊动动能及紊动动能耗散率等物理参量的分布。网格划分采用了分区域划分:模型中任何形状不规则的复杂部分采用非结构网格划分,对形状规则的部分则采用了结构网格划分,并根据流动梯度的大小安排网格的疏密程度。采用有限体积法对控制方程进行离散。采用了VOF法处理自由水面,使用PISO算法求解速度与压力的耦连方程组。比较分析了两种消能工在速度场、压强场、紊动动能及紊动动能耗散率的差异。研究结果表明:受宽尾墩的影响,坝面及消力池中的流速均小于无宽尾墩的情况,而台阶坝面的压强明显高于无宽尾墩的情况;在消力池中紊动动能及其耗散率均大于无宽尾墩的情况。可见,阶梯溢流坝、宽尾墩和消力池组合消能工的消能优于无宽尾墩的情况。     

岩滩水电站消能设施的设计及运行

在高水头、大流量、窄河谷、深尾水、泄洪能量大而集中的水电站消能防冲设计中,应以提高消能效果为主要手段,用增加较少的混凝土量,将闸墩尾部改造成体形简单而新颖的宽尾墩,从而根本地改变常见溢流坝面及消力戽的水流结构,显著改善整个下游流态而简化了护岸工程,节省工程投资,为发电和航运提供良好运行条件,成功地解决戽流消能中波浪对工程危害的难题。     

与宽尾墩联合使用的台阶面水流压强特性研究

 随着RCC筑坝技术的发展,宽尾墩与台阶面联合消能技术已先后在许多工程中得到应用。通过工程原型与模型试验资料的综合分析,对不同体型及使用条件下,与宽尾墩联合使用的台阶内部压强与总体压强分布规律进行了研究。研究结果表明：台阶内部压强分布规律及台阶总体压强分布规律主要与堰面使用的宽尾墩形式有关,台阶坡比对台阶面总体压强影响幅度较小,台阶高度几乎不产生任何影响。     

T型宽尾墩+消力戽(池)联合消能工试验研究

T型宽尾墩是集横向扩散与纵向拉伸于一体的堰顶射流消能技术.结合T型宽尾墩科研试验研究成果,介绍T型宽尾墩的体型特点以及它与消力戽(池)联合消能的水力学指标及消能效果,并给出T型宽尾墩体型参数的合理取值范围,可供工程技术人员参考.     

出山店水库表孔低水头大单宽流量消能方式研究

由于出山店水库下游河床水位低且水深变幅较大,能量较为集中,对下游冲刷严重,传统消能方式很难满足工程需求。本文结合出山店混凝土坝下消能防冲实验研究成果,对宽尾墩的水流特点、掺气特征、消能效果等进行了探讨,再通过数值模拟得出的水面线计算成果与实验结果吻合良好。最后,经过模型试验、数值模拟的结果进行比选,得出溢流表孔采用底流消能同时联合T型墩、非完全宽尾墩等辅助消能方式的消能率有所提高,消能效果提升明显。本研究可为类似的低水头、大单宽流量、低佛劳德数水库消能设计与试验研究提供参考。     

X型宽尾墩的动水荷载特性及体型优选研究

利用BP人工神经网络的非线性映射功能,结合水槽中两种主要消能形式的模型试验,以流场中作用在板块上表面实测脉动压力为变量,构建了一个简单的上举力预测系统.经过实测资料验证,该系统预测效果较好.本文的研究成果对消力池安全实时监测具有一定的意义.     

低水头、大单宽流量泄洪消能方式研究

对于具有低水头、大单宽流量、低佛氏数、深尾水以及下游水位落差变幅大等特点的泄洪消能问题,其过流特点是:由于闸下跃前水流的佛汝德数较低,消力池内水垫较深,水流下泄后下游水位对闸室水流和消力池内水流流态影响较大。通过水工模型试验研究,提出了采用淹没式宽尾墩消力池联合消能方式。在闸室末端采用宽尾墩后,水舌沿纵向拉伸扩散,消除和抵消了常规的等宽闸墩情况下出现水跃的来回震荡现象,水流经宽尾墩收缩后,以淹没射流形式进入消力池,池内水流具有三维射流特性,消力池内产生横、纵向扩散和剪切、掺混,加强了消能效果,达到了稳定水跃、分散水流、加强紊动剪切和掺混的目的,较好地解决了下游河床的消能防冲问题。