李家峡水电站底孔有压弯道水力设计的试验研究

针对李家峡水电站底孔由于受进口有压急弯段的影响，使出口断面压力和流速分布不对称，形成流束倾斜，导致明槽段水流流态恶化、左右折冲、断面横向水面差达１．５ｍ左右等问题。在总结李家峡底孔泄水道（８７）、（８８）方案试验成果的基础上，进一步对该底孔压弯道短进水口的水力特性进行了试验研究，提出在有压进口段内采用一种新的连接型式——反向压力双弯道衔接段来取代以往惯用的单弯道形式，它可以平衡由于弯道而产生的壁面两侧压力差和流速差，从根本上解决有压力弯道短进水口出流流态问题。     

李家峡高水头深底孔水力学设计若干问题研究

李家峡水电站是黄河干流上龙羊峡至青铜峡河段规划开发的第三个梯级电站。其泄水底孔由有压段、明槽段和窄缝式挑流鼻坎组成。经试验分析表明：（１）底孔可采用较大的压缩比，即Ｎ采用０．７３值或更大一些时不会产生空穴水流，且可提高底孔的泄流能力；（２）有压段与明槽段以平顺衔接为佳，以便减轻对明槽水流的扰动，保证明槽水流平稳；（３）弯道与明槽相接采取反向压力双弯道衔接型式，可以使压力弯道内的流速分布均匀，从根本     

响水涧抽水蓄能电站引、尾水道上弯段弯道效应分析

分析研究响水涧抽水蓄能电站引水道、尾水道上弯段水力特性,明确其弯道效应主要表现形式为:门井边垂线流速大于或接近中垂线流速;中垂线流速分布呈轻微扭曲状;沿弯道(段)横断面圆周测压管水头不等于常数。试验表明:上弯段与门井间距离在5倍管径左右可以基本消除弯道效应对流速分布的影响,在7倍管径左右可以基本消除弯道效应对压力分布的影响。     

竖井弯道段对进出水口水力特性影响研究

竖井进出水口弯道段(简称竖井弯道段)是控制出流是否均匀的关键体型,若设计不当,易出现偏流等问题。为比较竖井弯道段不同形式(肘型弯道段和S型弯道段)影响竖井进出水口水力特性的异同性,该文建立了大型竖井进出水口试验装置,并利用声学多普勒流速仪量测了出口拦污栅断面流速。研究结果表明：对于出流工况,竖井弯道段对出流均匀性起关键作用,肘型弯道段和S型弯道段均能获得理想的孔口流量分配;竖井弯道段形式的改变不能消除出口拦污栅断面底部负向流速,两种形式弯道段的出口拦污栅断面底部负向流速区高度基本相同;两种弯道段的水头损失相当,均占竖井进出水口水头损失的40%左右。对于进流工况,竖井弯道段对进口拦污栅断面流速分布和孔口流量分配无影响,两种弯道段的水头损失相当,均占竖井进出水口水头损失的60%左右。从水力学角度看,两种形式的弯道段对竖井进出水口水力特性的影响效果基本相同,但S型弯道段形状的细微变化对出流各孔口流量均匀性影响较大,极易导致出流不均匀,需要引起高度重视。     

弯道推移质泥沙运动特性及其对河道演变的影响

弯曲河道水流、泥沙的运动特性与顺直段不同,存在横向流速与横向输沙。在考虑了弯道河段横向水流影响的条件下,导出了弯道河段泥沙的起动流速公式,并进行了合理性分析,认为在相同的纵向流速条件下,弯道段凹岸侧泥沙的起动粒径和泥沙输移速率均较顺直段大。同时结合弯道段水流和泥沙的运动特性阐明了弯道河段的演变规律。     

弯道推移质泥沙运动特性及其对河道演变的影响

弯曲河道水流、泥沙的运动特性与顺直段不同 ,存在横向流速与横向输沙。在考虑了弯道河段横向水流影响的条件下 ,导出了弯道河段泥沙的起动流速公式 ,并进行了合理性分析 ,认为在相同的纵向流速条件下 ,弯道段凹岸侧泥沙的起动粒径和泥沙输移速率均较顺直段大。同时结合弯道段水流和泥沙的运动特性阐明了弯道河段的演变规律。     

基于多因素协同作用的沿河公路护岸冲刷深度分析与计算

确定河道中河流最大冲刷深度,是决定沿河公路路基埋深的基础,对保障沿河公路安全有重要意义。为建立简便的冲刷深度计算公式,在室内进行了不同弯道角度、流量下的河流冲刷模型试验。结果表明,在直道段顺水流方向冲刷深度变化幅度不明显,随着流量的增大,直道段各断面冲刷深度随之增大;在弯道段,顺水流方向冲刷深度呈现先增大后减小的趋势,同时在进入弯道后,受弯道环流的影响,两岸的冲刷深度差逐渐增大,在部分工况下甚至出现了凹岸冲刷严重而凸岸淤积的现象;河流最大冲刷出现的位置在弯道出口下游处,随着弯道角度与流量的增加,逐渐向弯道出口处迁移。河流最大冲刷深度与流量和弯道角度存在线性关系,与相对流速和水深存在幂函数关系。在此基础上,综合考虑水深、相对流速和弯道角度耦合作用,建立了适用于河道直段与弯段的河流最大冲刷深度计算公式,可用于河道直段与弯段最大冲刷深度的计算。     

非淹没刚性挺水植被对弯道水流特性的影响

广泛分布于天然河道浅滩的植被能够改变河流局部的水力特性和泥沙运移过程,为了解植被对弯道水流特性的影响,针对特定流量下凸岸侧含有刚性挺水植被的弯道,对植被密度、位置不同时水流特性的沿程分布规律开展试验探究。通过建立弯道水流概化模型,利用ADV采集三维流速数据,对比无植被和有植被（植被密度分别为0、2.2%和4.5%）条件下的流速分布,定性分析不同工况下植被对弯道水流紊动特性的作用,确定弯道环流的结构及强度。结果表明,凸岸侧植被的存在（在0°~90°弯段,1/4河宽区间内均匀分布）能有效削弱弯道环流强度,但对凸岸区的消减效果并不随植被密度的增大而加强。非植被区上下不同流向水层的分界点位置随植被密度变化而变化,且植被分布对弯道各断面不同水深处的环流结构也有影响。     

弯道建坝对纵向流速分布特性的影响

采用U形弯道模型,研究在弯道出口顺直段上建坝及不同坝高对水流纵向流速分布特性的影响。试验结果表明:在弯道上建坝后水流的纵向流速变小,且坝越高流速越小,坝前顺直段流速偏离系数增大;高坝对弯道流速沿程变化规律的影响比低坝大;建坝后弯道水流的流速分布比无坝时更均匀对称;低坝对水流纵向流速在垂线上分布规律的影响不大,高坝会使纵向流速在垂线上的变幅减小。     

双向流滴灌灌水器消能机理PIV试验研究

滴灌灌水器流道内部水流运动特性与其水力性能密切相关。该文以双向流滴灌灌水器为研究对象,利用粒子成像测速技术(PIV, particle image velocimetry),分别在30 kPa和130 kPa进口压力条件下,观测灌水器流道内部水流运动特征,获取水流流速和湍流强度等水流运动的分布特性,据此分析了流道的消能机理。结果表明:流道内正向和反向水流形成了双S型主流流动及漩涡流动,水流流动呈现为紊流状态;灌水器进口压力的增加并未显著改变流道水流运动特征及漩涡的分布位置;在流道分流处、转角处及混掺处水流流速变化较为剧烈,为流道主要消能位置;随着进口压力升高,正向和反向水流在混掺前与混掺后的流速差均显著增加,有利于提高流道对冲、混掺消能效果;反向水流在混掺前与混掺后的流速差均高于正向水流,且随着压力升高,两者的差距显著增加,说明反向水流在混掺消能过程中的作用大于正向水流;流道湍流强度大部分在0.1-0.4之间,紊流程度较高,有利于在流道中消除多余能量,以确保灌水器出流量稳定。研究结果从微观角度揭示了双向流滴灌灌水器在不同进口压力下的消能机理,可与宏观试验及数值模拟相结合,为进一步优化流道结构及提高双向流滴灌灌水器水力性能奠定理论基础。     

丁坝对弯道水流特性影响分析

丁坝有调整河道流势的作用,是常见的水工构筑物。文章通过实验分析河道丁坝布设位置对弯道水流特性的影响。结果表明：丁坝的布设离弯道入口越近,处于坝前的水流流速越小,处于坝头的水流流速越大;短丁坝设置在弯道45°位置和90°位置时,左岸水流流速呈先减小再增大趋势,右岸水流流速呈先增大再减小趋势。以上研究可为丁坝建设工程提供参考。     

螺旋线空间压力弯道设计探讨

洪家渡水电站压力钢管空间弯道设计中 ,采用了螺旋线空间压力弯道 ,经过理论推导和空间几何验证 ,得到了螺旋线空间压力弯道设计的通用公式 ,并进行了有益的探讨     

狭窄连续弯道河段航电枢纽平面布置原则探讨

依托湘江土谷塘航电枢纽工程,采用资料分析、整体定床水流模型与船模航行试验相结合的研究方法,对船闸分别位于狭窄连续弯道中的下游反向弯道凸岸和凹岸2种枢纽布置方案进行了研究,并结合其它将坝线布置在弯道段的已建或拟建的枢纽布置情况,对狭窄连续弯道河段枢纽平面布置应遵循的一些原则进行了探讨,提出对于上游为急弯、下游为反向弯道的狭窄连续弯道河段,当枢纽坝线位于下游弯道段时,宜采取将船闸布置于凸岸侧的分散布置方式。     

部分负荷下混流式水轮机尾水管压力脉动试验

为解决严重的水力机组振动问题,进行水轮机尾水管内部水流压力脉动模型试验,在直锥段内部安放传感器,在尾水管边壁安放传感器,在部分负荷下测定不同工况水压力脉动在波形及频谱上的变化规律。试验结果表明,尾水管内压力脉动在不同工况及不同位置下均不相同,直锥段内压力脉动与转轮出口流态密切相关,弯肘段压力脉动在幅值上与直锥段压力脉动略微不同,两种测点布置的结果略微不同,实际测量时需按情况选择测量方法。     

河湾防冲护岸抛石试验研究

利用概化弯道模型对弯道水流结构、弯道防冲以及弯道的防护抛石等进行了试验研究。由于弯道水流结构与直段水流结构有着很大的差别，所以弯道抛石落距也有别于直段的抛石落距。文中给出了单颗粒抛石落距与水深、沉速、流速之间的关系。群体抛石试验受横向环流的影响，石子成扇形趋向内岸，而且群体抛石的大多数石子落距比单颗粒远。     

弯道悬沙特性试验研究

本文重点研究弯道悬沙水流的水力特征和泥沙特征变化以及弯道半径对其影响。试验表明,弯道悬沙水流水面横比降与清水相比略有差异,悬沙水流较清水时弯道水面横比降小,弯道半径越大,差异越小。水流入弯道后,水流流速、水流含沙量以及悬沙粒径均进行了重分布。弯道凹凸岸最大流速调整位置随弯道半径的减小而下移。弯道内凸岸含沙量逐渐增加,悬沙粒径也逐渐增粗,在弯道末端断面,凸岸含沙量与凹岸含沙量比值达到最大值,相应凸岸悬沙中值粒径与凹岸悬沙中值粒径比值也达到最大。弯道半径不同,泥沙在横向调整程度也不同。     

宝鸡峡渠首建筑物局部水毁成因分析及防治对策

宝鸡峡渠首建筑物局部曾多次遭到水毁破坏。本文分析论证了造成水毁破坏的原因，主要有：大量砂石冲砸和磨蚀，工程平面布置欠合理，弯道环流作用剧烈，闸门操作运用不当，以及底板强度不足，基础未作处理等，防治措施有：１隧洞出口段采用曲线形导砂墙，折流器，短八字形分流墩，消能网板等，解决弯道环流引起的凸岸砂石集中出流问题；２冲刷闸前沉砂池采用双弯道导砂墙，导砂坎，使闸前底流速分布均匀合理，可解决闸前排砂难的问题     

关于弯道上水流的问题

在解答关于弯道上水流的问题时,有必要阐述河槽弯段内流速横向分布的特性,确定自由水面,以及,从而确定压力的分布。考查这样的情况,当河道或渠道的穹段呈圆弧形(图1)而R_2>R_1时(R_1——弯道内边半径,R_2——弯道外边半径)。并使R_2=R_1+b(此处b——河宽)。在解答问题时,考虑有可能将由于形成横向环流所引起之能量损失略而不计,也就是说,将从水流动能的沿程平衡着手,而只考虑水流的纵向流速。这一假定大大的简化了问题,而同时,当横向流速     

上郊水库溢洪道水工模型试验

经过模型试验发现上郊水库溢洪道的原设计在进口段和急流弯道段的流速分布很不均匀,流态十分紊乱,造成不平衡的压力分布,给工程的安全带来威胁.在试验过程中对原设计方案进行了修改,从而改善了水流流态.     

布设丁坝对60°弯道水流特性影响的数值模拟研究

分别采用RNG k-ε模型和大涡模型结合气液两相流模型对60°弯道内布设丁坝前后的水流特性进行了数值模拟研究,采用VOF法捕捉自由水面,采用隐式算法SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)求解速度与压力耦合方程组,有限体积法用来离散控制方程。对弯道内的水位、流速、弯道横比降的模拟值与实验值进行了比较分析,得出:大涡模型对弯道内水流流态的模拟精度较低,与之相比,采用RNG k-ε模型能更好地模拟出弯道内布设丁坝前后的流场特性。