考虑多工况的拱坝表中孔挑坎体型优化

本文结合高拱坝下游设置护坦的情况,从多工况优化的观点出发,研究了表孔、中孔挑坎的设计,内容包括:建立多工况优化的数学模型;推导适用的优化方法等。可供类似消能工的初步设计参考。     

表孔分流坎挑流消能工在龙潭拱坝中的应用

龙潭高以曲拱坝表孔挑流泄洪，水头高，泄量大，河谷窄，溢流堰布置受坝体厚度限制，采用新型分流坎挑流消能工，使水流在空中扩散，碰撞，消能效果极佳，大大减轻了泄流对河床的冲刷破坏作用，在国内已建高薄拱坝泄洪中为首次建成运行。     

双曲拱坝溢流表孔分流齿的水力特性与设计原则

结合二滩双曲拱坝,简要地介绍了拱坝坝顶滥流表孔设置分流齿的选型、布置及其消能、空化、通气减蚀、水流脉动荷载和泄洪振动等水力特性。研究表明,在俯角跌坎式表孔上设分流齿可以提高表孔的泄洪消能效果。     

拱坝结构设计中的表孔影响

(一) 拱坝开表孔问题综述不少拱坝设计中会遇到在坝顶设置开敞式溢流口的问题,无论是在拱坝中间部位的挑流式溢洪道,或是在坝两侧开设的滑雪式溢洪道,都会切断顶拱结构,从而破坏了原来整体拱坝的设计计算条件。当开孔尺寸与整个坝体尺寸相比很小时,一般不考虑开孔对整个坝体     

窄缝挑坎水力特性三维数值模拟研究

为研究窄缝挑夫水力特性,利用数值模拟技术,结合具体工程实例,通过对曲面贴角体窄缝式挑坎内压力特性、流速分布及挑射水舌形态等水力参数进行计算分析,提取了物理模型无法获得的较为详细的流场信息。该计算结果能够为类似工程起到一定指导作用。     

闸墩迎水面角度对拱坝挑流影响的数值模拟研究

在水利工程领域中,闸墩迎水面形状主要是弧形,不同的弧形角度对拱坝的挑流水力特性影响不同。通过FLOW-3D软件模拟40°,50°,60°共3种角度的迎水面闸墩,分析同种流量下3种角度的迎水面闸墩对拱坝挑流影响的水力特性差异性变化。结果表明,闸墩引水面角度主要影响较大的是闸孔流速及下游河道平面流速极大值区域分布情况,对水舌厚度影响较小;相比之下,50°引水面闸墩的下游河道流速最大值分布区域较小,对下游河道冲刷影响较小。     

冷却池的水力热力特性数值模拟

根据局部线性化方法和线性算子迭加原理，给出了深度平均的全场紊流模型的一种混合有限分析离散格式，用来模拟浅水型冷却池的水力热力特性，并进行了试验验证。数值预报的冷却池全场流态，温度分布以及排水口近区流速，温度变化均与试验结果吻合较好。     

高拱坝表中孔窄缝式挑坎泄洪雾化特性分析

对古学水电站拱坝表中孔窄缝布置方案的泄洪雾化特性进行分析,根据物理模型试验成果,率定出不同频率洪水条件下,坝身表中孔的泄洪雾化水力因子,然后考虑水舌入水形态、复杂河谷地形及气象条件等因素,得到了泄洪风场与雾化降雨强度的等值线分布。研究表明,坝身表中孔采用窄缝出口体形,泄洪水舌纵向拉开,水舌两侧溅水受到前部遮蔽,且当表中孔联合泄洪时,内外侧不同水舌间也发生相互遮蔽。由于水舌两侧雾化源受到削弱,使得窄缝体形在保证消能安全的同时,能有效减小两岸雾雨爬升范围。在坝身各种泄洪条件下,雾化降雨分布范围在坝下80～700 m之间,两岸雾化雨区爬升高度仅为120～140 m,右岸下游电厂尾水出口处降雨强度0～20 mm/h,已属自然降雨范畴。     

某工程溢流表孔水力特性模型试验

为了验证新疆某工程溢流表孔设计的合理性,通过水工模型试验对溢流表孔的堰面曲线、斜坡、反弧段的设计体型进行验证。结果:溢流表孔的泄流能力略小于设计泄流能力,沿线均为正压,仅在出口处出现负压,但负压值较小,不会出现空蚀破坏;挑流消能效果较好,冲涮坑离挑流鼻坎较远不会危及鼻坎的安全;成果已被设计采用。     

过水围堰挑压坎楔形护板水力特性

该文基于过水围堰混凝土楔形护板溢洪分析,提出在尾部设置平台形成挑压坎楔形护板。采用紊流数值模拟方法,对挑压坎楔形护板水力特性进行了研究,并与一般楔形护板对比分析。研究表明:挑射流可以提高堰面的消能效果,特别在小洪水工况时改善较为明显;冲入消能平台的流速有所降低,可减小水流对堰脚的冲刷;水流经挑压坎以平抛射流的形式向下弯曲,能增加水体作用于下一级护板的稳定力。一般楔形护板只在首部附近出现一个压力最大值,挑压坎楔形护板首、尾各有一个压力峰值,可以改善护板的受力条件,有利于过水围堰的整体稳定。     

威远江水电站溢洪道挑流鼻坎数值模拟研究

针对威远江水电站岸边式溢洪道挑流消能存在的问题,采用RNGk-ε双方程模型、非结构网格与自适应局部网格加密的方法,模拟湍流,利用流体体积分数法(VOF)确定自由水面线,成功地对溢洪道挑流鼻坎挑流进行了三维紊流数值模拟。对挑流鼻坎的修改方案进行了研究,经过计算提出了较优方案,所提方案得到了物理模拟的验证,为威远江水电站设计与优化提供了可靠的设计依据。     

粗糙壁面溢流反弧水力特性及紊流边界层的研究

本文对溢流反弧（Ｒ＝１００ｃｍ）不同粗糙度模型水力特性进行了系统试验，探讨了壁面粗糙度对反弧水流流速、压强分布及边界层发展的影响。综分析了流速分布的影响因素，得出反弧水流边界层外部势流流速不受粗糙度影响的结论，给出了边界层内流速指数随粗糙度变化的关系式。试验表明粗糙度对离心力压强影响甚微。给出了反映壁面粗糙度影响的边界层厚度计算式。     

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.     

溢流坝反弧段紊动水流的数值模拟

本文采用非正交网格控制容积法及ｋ－ε二方程紊流模型，求解二维时间平均Ｎ－Ｓ方程，对反弧段紊流进行数值模拟。计算中分别采用了标准的考虑曲率修正的ｋ－ε紊流模型。后者计算结果与实测值符合良好。本文亦讨论了位置未知的自由水面的处理。     

溢洪道差动式挑坎水力特性分析和计算探讨

溢洪道差动式挑流鼻坎可增大其挑射水舌的扩散、碰撞、掺气和消能率,从而减轻下游河床的冲刷。目前对差动式挑坎水力特性研究成果仍较少,给工程设计带来极为不便。在现有的文献和成果总结和分析的基础上,开展了差动式挑坎下游河床冲刷特性的试验研究,对差动式挑坎段的水面线、挑射水舌挑距及其下游河床冲刷特性和计算方法进行探讨,并进一步补充了差动式挑坎下游冲刷影响系数与其体型和泄流水力参数的关系。研究成果与水力模型试验结果较吻合,可供类似工程设计和运行参考。     

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。     

民乐河水库溢洪道挑流鼻坎体型优化试验研究

部分河岸式溢洪道出口河道狭窄、曲折,岸坡陡峻,河床基础抗冲能力较差,采用挑流消能时挑射水流会砸落淘刷护坦、挑流鼻坎基础,危及下游岸坡稳定安全。为验证泄洪挑射水流形态及其对河床、岸坡的冲刷影响,以民乐河水库工程为例,通过水工模型试验进行分析并对挑流鼻坎体型进行优化。试验结果表明,溢洪道挑流鼻坎采用斜切坎配合折流器体型能有效改善挑射水流流态,对下游河床、岸坡的冲刷影响较小,可确保工程安全运行。     

阶梯溢流坝掺气水流运动的数值模拟

从两相流基本方程出发,分析了水利工程中水气两相流的特点,采用QUICK格式对控制方程进行离散,建立了适用于自掺气水流的数学模型.应用此数学模型模拟计算了阶梯溢流坝面水气两相流的自由水面、流速场及初始掺气点等参数,并与模型试验实测结果进行对比分析,两者吻合较好.     

高拱坝坝面防渗涂层数值模拟研究

聚脲防渗材料在大型水利水电工程中应用十分广泛,在工程不失防渗功能情况下,选择合理的铺设厚度及铺设方法对节省工程投资具有重要的现实意义。通过建立混凝土块体与聚脲接触模型,采用Ogden材料对聚脲防渗材料进行模拟,运用ADINA软件模拟涂层厚度、垫层宽度对聚脲应力、变形特性的影响进行参数化分析。研究结果表明:防渗材料最大正应力和最大厚度改变量与裂缝的开度、水深、涂层厚度及垫层宽度等相关,且垫层宽度对最大正应力和最大厚度改变量的影响较大。