石岩南清水隧洞折板式竖井过流能力及消能效果研究

随着城市建设步伐的加快，建成区污染负荷的加重，对于上游为生态山区的城市建成区，应采取措施剥离山区清洁雨水，绕排建成区，实现清污分流。折板式消能竖井具有适应性强、消能效果好的特点，在山区短距离、大高差输水工程中的应用有着广阔前景，但在实际应用中可能存在过流能力不足、水流震荡、消能不充分、排气不畅等问题，目前通过水力学理论和经验公式对以上问题进行研究还存在一定的困难，因此，以石岩南清水隧洞折板式竖井为例，通过物理模型试验对折板式消能竖井的过流能力和消能效果进行研究。     

不同组合连接体形下旋流式竖井水力特性试验研究

通过物理模型试验和理论分析相结合的方法研究了不同组合连接体形下旋流式竖井的水力特性,总结出竖井涡室内的4种典形流态,其中,自由旋流流态最适合于旋流式竖井.通过进一步研究进口体形和消力井深度对流态和消能率的影响,得出折流角变化对消力井侧壁及底板压强影响不大,消力井边壁及底板均不会出现负压;流量的增加会减小消能率,折流角和...     

气水两相流模型试验条件与掺气浓度相似律

从气体运动状态方程出发,研究了竖井有压流动模型中气水两相流的运动规律,分析了气泡几何相似、运动相似以及动力相似的条件,指出掺气浓度相似律是研究气水两相流相似问题的又一必要条件,即原、模型的掺气浓度必须相等,前提为大气压强或密度相似。对照公伯峡水电站竖井水平旋流洞原型与常压模型水流中掺气浓度测值的差异,给出了该竖井流态、压强、流量等不相似现象的合理性解释。依据掺气浓度相似律准则进行气水两相流模拟研究,对于发展传统水力学研究理论、创新研究方法、完善工程应用技术等,可以起到有效的推动作用。     

旋流环形堰竖井泄洪洞三维流场数值模拟

旋流环形堰竖井泄洪洞是一种新型的环境友好的内消能工, 跟传统环形堰竖井泄洪洞相比, 泄洪洞的流态和 消能防蚀机理明显不同。作为一种新型布置形式, 其复杂的水流特性并不是十分清楚。依托于广东清远抽水蓄能 电站下水库泄洪洞工程, 基于RNG k2E双方程湍流数学模型, 并结合VOF( Volume Of Fluid) 方法, 对下库旋流环形 堰竖井泄洪洞进水口、竖井旋流泄洪洞、出口的复杂水流进行了三维数值模拟, 并对部分水力参数的特性进行了解 析计算, 获得了流态、压力、流速、空化数等水力要素的变化规律。模拟结果表明, 数值计算结果与物理模型试验成 果吻合较好。并通过数值模拟验证了该新型内消能工的泄流能力和高消能效率。     

新型竖井泄洪洞自调流机理和特性研究

该文提出一种新的由自调流潜水起旋墩为核心构成的旋流环形堰竖井泄洪洞,在泄洪流态和消能防蚀方面与常规喇叭形竖井泄洪洞有较大不同。为明晰该新体型的调流机理和系统水力特性,对新型环形堰竖井泄洪洞进水口、旋流泄洪洞、出口的复杂水流运动进行了数值模拟研究,获得了该新体型进水口流态、旋流空腔发展过程、竖井内部流态、平洞自由水面、压力等主要水力要素的分布规律。结果表明:计算得到的上述水力学要素分布规律与模型测量趋势上一致,量值上吻合较好。模拟结果也较好揭示了自调节潜水起旋墩的旋流、自调流机理以及泄洪洞的消能原理。     

折板型竖井结构设计参数优化

折板型竖井是城市深隧排水系统中一种消能效果明显的水工结构,竖井的结构参数对其泄流量和消能率有重要影响。通过开展物理模型试验和基于Realizable k-ε湍流模型和VOF法的数值模拟,分析不同折板间距和折板倾角的竖井水流流型、最大泄流量、出口流速及消能率。研究结果表明:折板型竖井中基本水流流型有3种,分别为撞壁受限流、临界流和自由跌流;一定范围内增大折板倾角有利于水流流型从撞壁受限流向自由跌流转变,因此,在折板竖井设计中应使折板有适当的角度;竖井的最大泄流量随着折板间距和折板倾角的增大而增大,消能率随泄流量的增大而减小;从竖井的泄流能力和消能效果两方面考虑,当竖井直径为10 m时,折板间距4.85 m,折板倾角为9°～11°的竖井体型为最优。研究成果可为深隧排水系统的设计提供技术支撑。     

新型旋流环形堰竖井泄洪洞数值模拟和特性分析

生态环境友好型的洞内旋流消能工是当前泄洪消能领域一个重要的研究热点和方向。为克服以螺旋型经典涡室或传统喇叭形堰构成的旋流竖井泄洪洞易出现的漩涡、气爆、振动、防空蚀设施复杂等难题,改变一般的防漩、消涡观念,提出一种新的由自调流潜水起旋墩为核心构成的旋流环形堰竖井泄洪洞,虽脱胎于常规喇叭形竖井泄洪洞,但在泄洪流态和消能防蚀方面又另辟蹊径。作为一种新型的旋流布置体型,已有研究缺乏系统性,其复杂的水流特性并不是十分明了。依托广东清远抽水蓄能电站泄洪洞工程,对新型环形堰竖井泄洪洞进水口、旋流泄洪洞、出口的复杂水流运动进行了三维数值模拟,并对部分水力参数的特性进行了解析计算,获得了该新体型旋流空腔流态、自由水面、合成流速、压力等水力要素的分布规律。结果显示:计算得到的上述水力学要素分布规律与模型测量值吻合较好,模拟值与初步建立的新体型水力特性理论解析值较为接近,表明解析计算方法具有一定的实用价值。模拟计算结果为进一步明晰新型环形堰竖井泄洪洞各部分水流特性和揭示自调节潜水起旋墩的旋流运动机理提供依据。     

跌流竖井结构优化及其气压特性数值模拟

针对入流水舌引起的跌流竖井内负压过大问题,对前人研究中的原始竖井模型进行了结构优化设计。采用可实现的 k-ε 湍流模型以及VOF两相流模型研究了不同入流量下原始竖井模型和优化竖井模型中的流态分布规律及气压分布情况,建立了可用于确定优化竖井模型中通气管道底部安装高程的水舌撞击模型,探讨了通气管道相对进水管的位置对优化模型中气压分布的影响。结果表明:进水管附近的跌落水舌束窄了井内气体的正常流通通道,水舌上方形成了大面积气体回流区,水舌下方补气不足,进水管附近负压突增现象明显；建立的水舌撞击模型能够较准确地预测出水舌末端的撞击点位置,最大误差不超过10%；得到的通气管道底部安装高程为2.31 m,顶部高程略高于进水管上壁面；相比原始竖井模型,优化竖井模型能够使负压突增区的压差降低70%以上,并且当通气管道与进水管水平中心延长线之间的夹角为30°时,优化竖井模型所发挥的效果最好。     

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。     

环形薄壁堰堰首竖井水力特性研究——以安徽绩溪抽水蓄能电站竖井溢洪道工程为例

一般水利工程的溢洪道，大多采用岸边式，但当两岸山体布置岸边溢洪道存在山脊单薄、岩体风化深、开挖量大等不利地形条件时，可采用开敞式竖井溢洪道的形式。而竖井进口水流流态的好坏直接影响竖井的结构稳定和消能效果。以安徽绩溪抽水蓄能电站为例，通过模型试验，对竖井4种不同堰首结构的水力特性进行了对比研究。结果表明，采用一种新型环形薄壁堰首结构，在堰顶设置4～6个隔墩，将堰顶分成对称的溢流表孔环形进流，能有效改善水流流态、降低水流对竖井壁的冲击，提高竖井的安全稳定性。     

竖井式进/出水口布置形式对水流特性的影响

抽水蓄能电站竖井式进/出水口总体布置及边界复杂,水流条件易受体型轮廓影响。为研究进/出水口布置形式对水流的影响,在计算方法得到试验验证的基础上,采用基于VOF两相流的RNG k-ε湍流模型对工程中常见的布置形式进行三维数值模拟,分析了扩散段形式和分流孔数对水头损失、流速分布及流态的影响。研究成果对竖井式进/出水口的水力设计具有重要参考价值。     

折板式薄壳渡槽简介

分析了目前在输水工程中较为广泛地采用的钢筋混凝土U型薄壳渡槽的主要优点及缺点．指出U型薄壳渡槽在施工中圆弧型的钢筋、模板制作不便、工作量大，及圆弧段的混凝土不便浇筑和插捣等．提出了一种新型的折板式钢筋混凝土薄壳渡槽结构，它保留了U型薄壳渡槽的基本优点，避免了其主要缺点．介绍了折板式薄壳渡槽的设计计算方法．并通过U型、折板型和矩型等三种断面型式的渡槽在相似工况下的横向应力分析的算例，表明折板式薄壳渡槽结构的合理性、此外，还介绍了封闭式折板断面作为桥、渡结合的箱型结构的合理性及可行性。     

筏板式风力发电机组扩展基础研究与应用

针对我国风力发电机基础设计的现状，分析了传统板式扩展基础抗压能力有余而抗弯效率不高的受力特点。提出一种新型的风机基础型式——筏板式扩展基础，并以实际工程设计为例，说明了新型基础设计的可行性。将传统板式扩展基础与新型筏板式扩展基础的技术经济指标进行比较，结果表明，新型基础既能使基础受力更加合理，又能取得可观的经济效益，对我国风电事业的发展有积极意义。     

竖井式水平旋流洞含气水流模型相似律

针对竖井水平式旋流洞通气孔模型试验中通气量和掺气水流的含气率在进行原型数据换算中存在的问题,考虑到空气可压缩性,通过对气液两相流基本方程的相似理论研究,导出原模型的力学相似律.在进一步研究竖井水平旋流洞模型相似律的基础上,推导出竖井式水平旋流洞原、模型通气管截面积的换算关系和原、模型含气率分布的换算关系.将所得理论公式应用于公伯峡水电站竖井式水平旋流式泄洪洞模型试验,并为原型观测结果所证实.     

竖井旋流式泄洪洞数值模拟

本文采用k-ε双方程紊流模型及基于水气两相流的VOF方法，数值模拟竖井旋流泄洪洞复杂的水流运动，得到自由水面，流速及压力等水力要素的分布规律。数值模拟结果与已有模型试验数据的对比分析表明，采用的数值方法能够较好地模拟竖井旋流泄洪洞泄流过程。此外，利用数值模拟的结果对竖井的泄流能力和消能率进行了验证。     

兼有深水孔的旋流喇叭形竖井泄洪洞设计原理

基于旋流防蚀、消能、避免产生雾化和保护生态环境的理念,研究一种在高水头旋流喇叭形竖井下设置深水孔的新型泄水结构物,其特点是泄洪和放空水库(或排沙和引水)共用同一个竖井和导流洞,结构简洁、运行安全和经济。文中系统地介绍了旋流喇叭形竖井及深孔引水道同涡井连接结构的设计原理,并给出深孔不参与和参与泄洪时的工程案例设计。本文通过以往的研究成果优化组合,创造出带有双层进水口的一条泄洪洞,用以取代传统的两条泄洪洞,故可以节省大量工程投资。由于喇叭形进水口及深层引水道都有起旋设施,使竖井产生空腔通气的旋转流运动,可以消减井、洞内的负压,防止结构物空蚀和提高消能率,因此,出口流速低,可以避免发生雾化现象。故本研究成果具有学术价值和广泛的应用前景。     

多级侧坎式螺旋泄水道竖井水力特性研究

针对螺旋滑道式竖井入流条件要求低、排气稳定但消能不足的特点,该文提出了一种多级侧坎式螺旋泄水道竖井,即在竖井螺旋泄水道外壁沿程设置多级侧坎以达到消能效果。试验中可以观察到：在螺旋泄水道水流流动时,部分水流受侧坎作用形成折射水流,折向泄水道内侧,部分水流未受侧坎影响,在离心力作用下发展为贴壁流动;两股水流在侧坎后交汇,交汇处产生了强烈的紊动剪切,降低了水流动能。结果表明,侧坎螺旋滑道式竖井的消能率与螺旋阶梯式竖井的消能率相近,与传统螺旋滑道式竖井相比,其消能率可提高20%～30%。此外,还试验研究了不同侧坎宽度下的竖井水力特性,包括流态、压强、消能和水面线等,总结了侧坎宽度对竖井流动的影响规律。     

清远抽水蓄能电站潜水起旋墩竖井旋流泄洪洞研究及应用

传统的环形堰竖井泄洪洞存在进口易产生漩涡影响泄流,由此产生振动、竖井壁负压等负面效应,清远抽水蓄能电站结合工程特点,研究出一种带有潜水起旋墩的环形堰竖井旋流泄洪洞,在不同流量下使水流沿竖井井壁产生旋转,消除竖井的负压,避免产生空蚀,并达到消能效果。经济及技术指标明显优于溢洪道和常规泄洪洞,具有推广的价值。     

介绍国外几种新型消能工

为增加消能工的防冲消能效果和减缓高速水流对消能设施的破坏作用,本文介绍了三种新型消能工,即泄洪洞多级孔板消能工、带遮流板式消能工、掺气消能工。     

关于筒式闸门的设计

在土石坝枢纽中,取水方式多为封闭型竖井和平板式闸门的结构体系。虽然近年来有些工程中采用了弧形闸门,但从造价、制作安装及维修的角度来看,并不比平板门更优越。封闭型竖井、平板式闸门体系存在缺