卡尔达拉水电站消力池与消力墩体形试验研究

针对卡尔达拉水电站泄水孔在运行中由于消力池与消力墩体型设计不合理而出现的消力池内流态不良问题,对消力池与消力墩体型进行了不同方案的试验研究。通过在水工模型试验中改变折坡消力池坡度及消力墩的位置,对各试验组合结果进行对比分析,提出合理的折坡消力池体形及消力墩布置方案;并且从水流流态、流速、水跃特性、消能率等方面综合考虑,分析消力墩位置对折坡消力池消能的影响。     

单侧渐扩消力池在低水头泄水闸消能中的应用研究

在表孔与底孔相结合设置的低水头泄水闸中,针对表孔水流的流速相对较小、底孔水流的流速过大等特点,为缩短跃长、提高消能率,基于Flow3D流体力学软件,采用RNG两方程紊流模型和VOF法追踪自由表面,以某工程泄水闸的消力池为例,对等宽矩形原方案和单侧渐扩优化方案的消能进行数值模拟,分析消力池内的压力分布、流场变化,提出单侧渐扩式消力池的特点及适用条件。结果表明:单侧渐扩消力池适用于表底泄流孔相结合的低水头泄水闸中,具有流速分布更均匀、缩短跃长、提高消能率的特点。     

跌坎式消力池模型试验研究

通过传统消力池和跌坎式消力池的物理模型试验,对两种底流消能消力池的底部流速、水跃长度和消能率进行对比分析,结果表明:跌坎式消力池缩短了水跃长度,减少了消力池长度,从而大大减小了混凝土用量;有效地降低了消力池底部流速,防止了水流对消力池底板的冲刷;提高了消能率,减少了水流对建筑物及下游河道的冲刷。跌坎的高度对消力池消能有较大影响,因此,在设计跌坎式消力池时,要选择合适的跌坎高度才能达到更好的消能效果。     

基于低弗氏数水流下折坡渐扩式消力池的优化

底流消能中在遇坡度情况下通常采用折坡扩散型消力池,其消能效果较好,对地形适应性强,在同等水利条件下,需要的池深更小,更经济高效。折坡式消力池的优化及应用还存在难题,该体型在低弗氏数水流下的消能与具体工程的应用具有一定研究价值。本工程水流为低弗劳德数水流,通过模型试验,在不同工况下,对折坡扩散式消力池的水深、压强、消能率等水力特性做了研究,针对三种不同体型比较优化,最终得出加深消力池与在护坦加设消能墩的方式,其对下游水深的适应更好。     

曲线型消力池消能特性及优化设计模型试验研究

底流消能工消力池平面布置大多采用等宽直线型,但在弯曲河段采用直线型消力池将大大增加岸坡开挖工程量。通过水工模型试验,研究了德党河水库曲线型消力池内的水流特性及存在的问题,对设计方案进行优化,并进行了模型实验,实验表明采用跌坎式曲线型消力池能有效解决折坡段容易出现的空蚀现象和消力池内水流折冲明显等问题,且消能效果明显。     

不同体型条件下消力池消能效果模型试验研究

ZG水电站泄水陡坡消力池水流流速过高对消力池底板及尾水渠边坡的稳定造成不利影响。文章结合水工模型试验,对不同运行水位消力池体型进行了模型试验优化,通过对比分析最终确定采用渐扩斜坡段+加宽消力池+"品"字形消能整流墩组合体型方案。该方案能有效减小下泄流速、改善流态平顺衔接和提高消能率,为体型设计提供支撑。     

带尾墩的新型综合消力池试验研究

消力池内常因消能不足而引起水流流态紊乱、临底流速大、出池后有二次水跃等问题。结合某待建水利工程,开展了带尾墩的新型综合消力池水流特征试验研究。通过对比原方案与9个优化方案,得到以下结论:在消力池尾坎上设置差动式尾墩后,下泄水流分多股支流进行纵向和横向扩散消能,水流流态稳定,消能率增大。消力池加深1 m、加宽4 m且增加差动式尾墩的消能方案消能效果明显,池内形成稳定淹没水跃,出池后二次水跃现象明显消除。     

不同扩散角下单侧渐扩消力池水力特性研究

为揭示单侧渐扩消力池在不同扩散角下的流场特性,基于FLOW-3D软件,采用TruVOF法及RNG k-ε双方程紊流模型对单侧渐扩消力池的不同扩散角进行三维数值模拟,重点研究了消力池内的流速与漩涡特性,并将模拟计算得出的水面线、时均压强与物理模型试验结果进行对比验证。结果表明：数值模拟与物理模型试验结果基本吻合;消力池底板附近流速分布不均匀,非扩散侧流速较大,且随着扩散角度的增大,最大临底流速逐渐向非扩散侧偏移;随着扩散角度的增大,扩散侧逐渐出现贯穿性立轴漩涡,且漩涡空间尺度也逐渐变大,漩涡位置相对稳定;消力池内漩涡的强涡区均出现在漩涡中部,沿轴向整体呈现“两头小中间大”的分布规律。     

泄洪洞突扩式跌坎底流消能研究与应用

针对闸后设置扩散段泄槽的泄洪洞,将传统的底流消力池优化为突扩式跌坎底流消能。研究结果表明:跌坎加大了池内水深,入池水流能够和池内水体充分撞击;另外,突扩边墙使得消力池内水流分股,入池水股和两侧反向水流的摩擦和剪切作用明显,主流流速进一步降低,从而达到提高消能率,水流平顺归河的目的。     

折坡扩散型消力池的水跃特性试验研究

折坡扩散型消力池在中小型水利工程中经常采用,消能效果良好,能较好地适应地形变化。但由于其边界条件的复杂性,对其水跃特性的研究较少。通过水工模型试验,对不同工况下折坡扩散型消力池的水跃流态、跃长、跃后水深等水跃特征进行了研究。分析对比了在相同来流条件下,平底等宽型、折坡等宽型、折坡扩散型消力池的跃后共轭水深。结果表明,相同来流条件下,相较于等宽型消力池,折坡扩散型消力池因其单宽流量较小,可以更好地适应下游水深,且所需消力池深度更小。     

方溪水库溢洪道消力池优化试验研究

高水头泄水工程一般泄洪流量较大,在工程设计中泄洪消能及下游防护问题尤为突出,也是工程建设过程中水力学研究的关键.结合方溪水库工程,通过水工模型试验对下游消力池不同布置方案的消能情况进行了比较,最终通过设置二级消力池且右侧边墙单侧扩散的布置方式,较好地解决了一级池消能后水流较集中流速较大的问题,确保工程建成后行洪时河床及岸坡的稳定以及工程区周边建筑物的安全,为设计提供了技术依据.     

扩散折坡消力池水力计算

目前折坡消力池主要研究等宽问题,美国陆军工程兵团给出典型计算方法和现有的其他水力计算方法,都不适合扩散折坡消力池,扩散折坡消力池已应用于实际工程,主要通过水力模型试验解决。本文建立了扩散折坡消力池水力计算方法,用布伦口水电站溢洪道消力池及导流泄洪洞的两个消力池试验资料进行验证,表明新方法适合计算扩散折坡消力池。     

跌坎型底流消能工跌坎深度在工程优化设计中的应用

以某工程导流泄洪隧洞底流消能工为试验研究对象,原方案试验中,在闸门半开工况下,下泄水流出现脱离泄槽底板现象,不利于下泄水流的消能,经研究,改变压坡段底板坡度,同时将泄槽的两个坡段改成一个坡段;原方案底流消能工消力池内均发生远驱式水跃,消能效果差,通过研究采用以最大临底流速为控制目标的最小跌坎深度计算公式,确定消力池底板高程。经两次优化试验后,消除了闸后水流脱离泄槽底板的现象,下泄水流流态稳定,消力池内形成稳定的淹没水跃消能,出池水流与下游水流衔接较好,消力池内临底流速和时均动水压强均明显降低,消能效果好。     

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。     

底流消能平底和跌坎突扩消力池水力特性三维数学模型计算比较研究

采用VOF法对某导流洞改建泄洪洞工程出口底流消能消力池在平底突扩和跌坎突扩两种体型下的泄洪消能水力特性进行了三维数值模拟比较研究,并取消力池中轴线剖面进行分析,得到了两种体型消能情况下的水流流态、流线、流速分布、消力池底板压力、紊动能及紊动耗散率分布。分析了各自的消能特点,对跌坎坎高和入水角度提出了建议,为类似工程提供了一定的参考和借鉴。     

突扩比对跌扩型消力池消能特征的影响研究

跌扩式消力池的突扩比是影响消力池消能效果和工程量的重要指标,对其进行优化设计具有重要的意义和作用。基于此,文中以具体工程为例,利用数值模拟的方式探讨了突扩比对消力池临底流速、紊动能及消能率的影响,并获得了具体的影响规律,可为类似工程应用提供理论依据。     

数值模拟在山区小水电消力池消能效果优化中的应用

斑竹园水电站是典型的山区河流低水头小水电站,泄洪单宽流量大,泄洪消能任务较重。本文提出了对消力池进行延长、降低池底高程、升高尾槛、池内布设消力墩和纵向分级、横向差动等多种消能布置方案。为了快速优选方案,采用有限元法建立斑竹园水电站整体二维数模,对消力池多种布置方案开展了多种调度工况的数值模拟,获得了消力池流场分布。分析认为纵向二级、横向差动的消力池布置方案经两次水跃消能后,出池水流扩散、流速满足设计要求,与物理模型试验结果一致。数值模拟方法作为物理模型试验的有效辅助手段,可大量节省物理模型试验修改方案的时间和费用。     

阶梯溢流坝与二级消力池联合消能体型研究

阶梯溢流坝以其较高的消能率被广泛用于工程中,但对其深入的研究尚少。通过数值模拟计算结合模型试验的方法,研究溢流坝的过渡台阶组合以及两级消力池入池体型对于溢流坝流速、流态、消能率等水力特性的影响表明:过渡台阶组合与消力池入池体型对整体消能率影响较小,阶梯溢流坝入流端采用小尺寸逐渐过渡到均匀尺寸台阶的组合能有效调整入池流态,消力池入池端采用斜坡代替台阶调整入池下跌水流角度,可减少对于消力池底板的冲刷,证明采用入池斜坡的阶梯溢流坝与二级消力池联合消能具有良好的消能效果。     

某水库岸边溢洪道体型优化试验研究

结合某中低水头水库工程的岸边溢洪道,以水流流态衔接、减小消力池规模为控制指标,采用物理模型试验比较了采用"光滑溢洪道+底流消力池"与"前置掺气坎式阶梯溢洪道+底流消力池"两种消能方案的优劣,对不同布置方案在不同运行工况下的水流流态、入池流速与消能率等水力学指标进行详细对比分析。研究成果表明:采用前置掺气坎式阶梯溢洪道后,消力池长度能缩短57.1%,入池流速减小最大达51.18%,综合消能率大于84%。同时,前置掺气坎式阶梯溢洪道使阶梯泄槽内掺气更充分,继而可减小发生空蚀破坏的可能性。研究成果可为类似工程设计提供一定的参考。     

乐秋河水库溢洪道消力池设计

根据乐秋河水库溢洪道的平面布置、地形地质条件等选定底流消能方式,并选用矩形断面下挖式消力池。对扩散段位于平坡段等宽式、扩散段位于陡坡段两种情况及渐扩式3种消力池进行了比较,对其各自的优缺点进行了分析,最终选定了扩散段位于陡坡段的等宽式消力池。