滨海核电厂排水虹吸井堰后长度优化设计分析

在滨海核电厂排水虹吸井堰后长度的设计计算中,以往并未考虑连接渠处的高跌坎水跃问题,结合工程经验和工程实例通过水力计算分析,验证了在通常情况下,在百年一遇高潮位以上,连接渠处跌水的水跃长度可忽略不计,仅考虑挑水长度。虹吸井堰后长度由堰后跌水的水跃长度和连接渠处跌水的挑水长度确定。连接渠跌水点的布置位置可位于堰后跌落水舌中心和堰后水跃终止点之间。     

棱锥形消力墩的阻力系数

设置于出口下游末端的棱锥形消力墩,在超临界喷射水流条件下所受的力,取决于多种因素,例如水流流速和消力墩高度。本报告将介绍这方面的一些试验成果。通常,消力墙和消力墩均被用来稳定水跃,并消杀各类水工建筑物(如溢洪道、泄水道、底孔及其跌水建筑物等)下游的剩余动能。这便是众所周知的强迫水跃,强迫水跃的特征与典型的自由水跃大不相同,它不仅使水流分离,并在消力墩后产生涡流,而且在消力墩上还作用着一种阻力。在一定程度上,甚至当尾水深度小于自由水跃共轭水深时,也能产生水跃。然而在尾水深度较小时,不会出现真正的水跃,而将产生一种超临界喷射水流。本报告中的试验,是在这种超临界喷射水流(有时称为“初始水跃流”)条件下,恰好欲发生水跃时进行的。     

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。     

密排加糙床面消力池自由水跃跃长计算

水跃长度作为消力池设计的重要参数,对消力池安全稳定以及经济合理的影响效果显著。通过建立水跃区水体质点的运动方程,研究密排加糙床面消力池水跃旋滚长度和水跃长度的变化规律,提出了水跃旋滚长度和水跃长度计算的理论方法,并根据已有文献的试验数据对所推公式涉及的物理参数进行率定。计算研究结果表明,密排加糙床面消力池水跃旋滚长度和水跃长度均随跃前断面弗劳德数、跃前断面水深和水跃共轭水深比的增大而增大,随着床面当量粗糙高度的增加而减小。经验证发现,水跃旋滚长度和水跃长度的计算值与实测值接近。     

核电站排水跌落井的设计尺寸探讨

阐述了核电站排水跌落井的功能、作用及特点,通过水力模型试验对比了跌落井溢流堰的型式,推荐采用水流平顺、过流能力强的实用堰。首先通过水力学公式计算跌落井的设计值,再利用水力模型试验验证并优化设计值,总结了跌落井的堰上水位、长度、宽度的计算方法。     

突扩式水跃共轭水深的直接解及验证

由于泄水建筑物下游的地形条件,突扩散水跃被广泛地应用于泄水建筑物下游消能防冲设计。文章建立了突扩水跃方程并用实验验证了它的直接解。在分析水跃段水流形态的基础上对突扩式水跃始端端墙断面压力作出假设,认为回流平均压力是水跃跃首压力、水跃跃末端压力及水跃扩散比的函数。然后,根据动量原理推导出突扩式水跃共轭水深的水跃方程。通过实验给出了回流水深计算式中有关参数的经验公式。建议了突扩式水跃共轭水深水跃方程的显式直接解。突扩式水跃共轭水深水跃方程的计算结果与实验的对比表明,平均误差为5.564%,具有高的精度;与改进前突扩式水跃共轭水深水跃方程的计算结果对比说明,误差小于5%的实验组次增加了15组,占总实验组次的比例提高了16.5%,计算精度明显提高。而且计算过程简单,因此,可以用于水利水电工程的水力计算。     

突扩式水跃跃长的计算公式推导与验证

水跃长度为突扩式消力池设计的重要参数,对消力池安全稳定以及经济合理的影响效果显著。通过建立水跃区水体质点的运动方程,研究突扩式消力池水跃跃长的变化规律。提出了突扩式水跃跃长的半理论公式,并用已有文献的实测数据对其进行验证。研究表明突扩式消力池水跃长度是跃前断面弗劳德数、跃前断面平均水深、水跃共轭水深比和消力池突扩比的函数,并随着跃前断面弗劳德数、跃前断面平均水深和水跃共轭水深比的增大而增大。结果显示,公式计算的突扩式水跃长度平均误差为4.32%,在5种体形共48组工况下只有5组工况的水跃长度相对误差>10%,且最大相对误差为-12.52%,其余工况下相对误差均<10%。     

平底槽二元水跃长度公式的比较

利用水跃消能是泄水建筑物消能措施中最常见的一种。二元完全水跃的主要特征值是:水跃的高度、长度和消能效率。这些资料为决定消能塘和翼墙工程布置的基本根据。水跃的水力计算虽早为水工技术人员所熟悉,但在水跃长度的计算方面,现有各家公式     

灌区渠道陡坡进口段梯形跌口不同公式水力计算取值分析

根据已有的理论分析和工程经验,陡坡作为灌区渠道的落差建筑物,其梯形跌口的水力计算一直都是工程设计中的难点。文章通过已有的工程经验公式进行类比计算,分析不同计算公式对不同纵坡下梯形跌口计算结果的影响。结果表明,各个经验公式均适用于缓流纵坡,部分经验公式对急流纵坡并不适用。正确的选择计算流量系数M值与水力计算公式对工程设计具有重要意义。     

表底孔与消力池联合消能水力学研究

通过某工程的水工实体模型试验,对枢纽消力池尾坎采用二元连续坎以及差动坎进行了对比研究,并根据试验成果,拟合分析了基于表孔宽尾墩-底孔挑流-消力池联合消能工的强迫水跃长度公式.联合消能工的消能机理主要是利用宽尾墩本身在堰顶产生的多股收缩射流在消力池水垫内的相互碰击来加强水流内部的紊动剪切和掺混作用,使过堰水流的动能更多地转换为热能和势能,从而消杀泄洪能量.其成果可供相关工程设计研究参考.     

泄水陡坡后消力池的水跃特性数值模拟

水跃消能是水利工程中经常采用的消能形式,国内外许多学者对水跃进行了大量的研究。在工程实践中发现,泄水陡坡后消力池内水跃的水力特征值与规范方法计算得到的值有较大差异。通过对不同坡度的陡坡后消力池内水跃特性进行数值模拟,结合室内模型试验,分析了陡坡消力池内陡坡坡度与水跃长度的关系,并对比了数值模拟所得的水跃长度值与经验公式及模型试验结果。研究结果表明,数值模拟结果与实测值相对误差较小,经验公式的计算结果误差较大。因此,在今后实际工程设计中,可通过数值模拟的方法对陡坡后消力池长度进行初设。     

渐扩综合式消力池尾坎高度和作用力的计算

研究了渐扩综合式消力池深度、坎高和尾坎作用力的计算方法。根据水跃方程、堰流理论和前人对渐扩式消力池水跃长度、共轭水深和淹没系数的研究成果,分析渐扩综合式消力池的设计方法,根据动量方程研究尾坎的作用力。给出了渐扩综合式消力池深度、坎高和尾坎作用力的计算公式和计算步骤。提出的坎高和作用力的公式不仅适用于渐扩综合式消力池的设计,也适用于渐扩消力坎式消力池,计算方法新颖,过程简单,精度满足设计需求。     

明渠梯形断面消力池池深和尾坎高度的计算方法

为研究明渠梯形断面消力池池深和尾坎高度的计算方法,依据前人对梯形断面消力池水跃共轭水深、梯形断面量水堰(槛)的研究成果,采用能量方程研究梯形断面挖深式消力池、消力坎式消力池和综合式消力池深度和坎高的计算方法。给出了梯形断面消力池池深、尾坎高度的计算公式,通过算例说明了计算过程。提出的消力池深度、坎高的计算公式可以作为梯形断面消力池设计的参考。     

改进型深筒式消力井过流能力的水力计算

为研究改进型深筒式消力井的过流能力,通过理论分析得到了影响改进型深筒式消力井流量系数的主要因素:多喷孔出水口的孔数、相对孔径比、距径比以及溢流堰相对高度。运用模型试验的方法探讨了各因素与流量之间的定量关系,通过测量试验相关数据,建立了改进型深筒式消力井流量系数和流量的计算公式,将不同相对开孔面积和不同相对溢流堰高度的流量系数实测值与计算值进行对比,结果表明二者吻合情况较好。因此,建立的改进型深筒式消力井的流量系数计算公式可以用来计算消力井工程的过流能力,能为改进型深筒式消力井开孔面积及溢流堰高度的设计提供依据。     

综合式消力池坎高与池深组合消能计算方法

现有底流消能计算中,综合式消力池坎高与池深组合计算的传统试算法十分繁琐,特别是坎上淹没系数计算需多次反复查表试算。为解决这一问题,通过无量纲原理、数学推导及MatLab软件数值分析,给出了坎上淹没系数简洁的高精度解析计算式,并通过对比分析得到该解析计算式最大相对误差仅为0.405%;同时还给出了跃后共轭水深的高精度解析计算式。在考虑消力池深与消力坎的组合消能影响下,给出简洁的无量纲消力坎坎高的解析计算式,并通过MatLab软件给出了无量纲坎高随无量纲单宽流量、下游水深以及消力池池深之间的二维曲面关系图,依据大量数值计算成果,给出了最不利消能工况下的坎高极值计算式。最后通过2个实例计算对比,可见所提出的简洁算法精度高且方便快捷,为工程实际设计提供了参考。     

收缩墩与跌坎消力池水力特性的试验研究

为探究解决跌坎型消力池在大单宽、低弗劳德数条件下引起的振荡型水跃问题,进行了跌坎型消力池和收缩墩与跌坎型消力池两类消能工试验,对比分析了试验的流态、流速和压强分布规律。试验结果表明,加设收缩墩后,入池射流破坏了表面水流与水垫层剪切形成的大幅度振荡波动,有效地解决了振荡型水跃问题,降低了水流对底板的冲击压力。     

用附加动量理论分析齿墩与消力池联合消能机理

用“附加动量”水跃理论分析齿墩与消力池联合应用的消能机理 ,用跃后水深、水跃长度或单宽水跃容积减少的百分数 ,估计新增消能设施的经济效益。并通过模型试验验证了消能的理论分析 ,计算了新增设施的消能量、跃后水深、水跃长度或单宽水跃容积减少的百分数。结果表明 :采用齿墩设施 ,可增进消力池的消能作用 ,并取得显著的经济效益 ,达到了附加动量水跃理论所预期的效果     

大单宽流量低傅汝德数收缩墩底流消力池的试验研究

为解决大单宽流量、低傅汝德数底流消能中存在振荡水跃,进而导致消力池内流态不稳定、水面波动大、消能率低等问题,采用模型试验的方法,对在消力池前设置收缩墩后的收缩扩散与底流复合消力池进行了研究。结果表明:设置Y型收缩墩后消力池内呈较为稳定的收缩射流与淹没水跃的三元复合流态,水流更为稳定,振荡水跃消失,可有效解决池内的水流间歇性振荡和水面大幅波动等问题。同时,设置收缩墩后,可有效降低池内最大临底流速,由近30 m/s降至约20 m/s。消能率由60.93%提升至66.61%,消能效果显著。此外,下游河道冲刷大大减小。最不利冲刷工况下的2年一遇洪水时,基岩最大冲深由近32.0 m降为5.6 m。消力池前设置收缩墩,对于因受地形地质等客观条件限制,无法通过改变池长池深来解决大单宽低傅汝德数的底流消能问题,提供了一种新思路。     

挑流水垫塘坎尾壅水特性研究

挑流水垫塘(消力池)尾坎的壅水特性,对尾坎选型有重要的影响。通过模型试验实测和堰流计算的对比分析,对非淹没和淹没过流状态下尾坎壅水特性进行了研究。研究发现,受水垫塘(消力池)内的水流紊动影响,一般实际工程中尾坎高度可能偏小,因此,选择尾坎高度时需要在堰流计算的基础上适当加高。非淹没过流状态下,当泄洪流量相对较小时,尾坎高度可直接由堰流计算壅水曲线确定;随着泄洪流量的增加,水流紊动对尾坎壅水高度的影响也越来越大,尾坎的实际壅水高度与堰流计算值之间的差值逐渐增大,最高可达16.64%。淹没过流状态下,随泄洪流量的增加,水流紊动对尾坎壅水高度的影响越来越小,尾坎的实际壅水高度与堰流计算值之间的差值也逐渐减小,最小仅为7.43%。