低佛氏数水跃下游水流紊动特性的试验研究

本文应用CDL-86型超声多普勒流速仪,对佛氏数Fr=2.16～4.34的水跃跃前断面和跃后水流的紊动特性进行了试验研究;分析了跃后水流的紊动能量、紊动强度衰减率和水跃消能率等;Fr=2.99可能是这些量变化的突变点或转折点;并通过对试验资料的回归计算得出了跃后水流的紊动能和紊动强度及其衰减率随佛氏数变化的计算式,给出了计入多种影响因素的水跃消能率计算式.认为低佛氏数水跃跃前断面流速分布不均匀以及紊动值的大小对跃后水流有较大影响,近低区较大流速梯度和较大的水流紊动作用是造成水跃下游河床冲刷破坏的主要原因之一.     

折坡扩散消力池水跃共轭水深计算方法及水跃长度、消能率分析

为了解折坡扩散消力池的水跃特性及相关参数、判别其消能效果,通过模型试验的方法对折坡扩散消力池水跃进行了研究,提出了共轭水深计算公式,分析了水跃长度、共轭水深比、消能率等相关水力参数及其变化规律。结果表明,在试验条件下,公式计算结果与实测值相比误差较小,精度较高;水跃长度与共轭水深比、佛劳德数均遵循正比例变化规律;水跃消能率与佛劳德数呈正比。     

海潮影响下低水头水闸消能结构优化研究

低水头水闸下游消能属于低弗劳德数水跃消能,容易发生波状水跃、消能不充分等消能问题,尤其在海潮影响下,水位变幅大,消能问题更加突出。为此,结合晋江滨海新区填海造地工程~#1水闸模型试验,针对原设计一级消力池容易形成波状水跃和消能率低的问题,提出了二级消力池的消能结构,并对消力池池长、池深、尾坎高程和辅助消能措施进行了综合优化。结果表明,优化后的二级消力池消能结构,改善了水流流态,提高了消能率,研究结果可为类似工程借鉴参考。     

坎控底射混合流在新集水工模型中的试验研究

结合新集水利枢纽模型试验,针对其泄洪时水流佛氏数低且发生二次水跃的特点,在消力池尾部设置一定高度的跌坎后,水流过坎形成跌水与二次水跃的联合流态,即坎控底射混合流。通过对跌坎高度（共轭比）的试验比较研究了坎控底混流的运动规律、消能特性及其控制因素。试验结果表明,一次水跃后产生的坎控底混流能有效地改善下游流态及河床流速分布、提高消能效率,且在上下游水位差很小且佛氏数很低的条件下,共轭比对底射混合流的消能率大小起控制作用。     

阳江抽水蓄能电站上库溢流坝消能试验研究

针对阳江抽水蓄能电站上库溢流坝具有高水头、坝址河床狭窄、坡度陡峭等特点,通过水力模型试验研究优化了溢流坝及其消能工体型,解决了溢流坝的消能问题。试验表明:①溢流坝采用“坝面削角阶梯 底流消力池”的联合消能方案后,增大了溢流坝面水流的消能率,解决了溢流坝泄流与下游消力池衔接的问题;②消力池内设置T型消力墩,缩短了水跃长度和池长;③消力池下游采用阶梯状的二道坝与下游河床连接,减轻了泄流对下游河床的冲刷。     

瑞士金字塔型消力墩的拖泄力系数

在喷射急流下,泄水口下游端金字塔型消力墩上的力取决于许多因素、例如流速和墩高等等.这里将介绍一些经验成果.众所周知,消力槛和消力墩通常都是用以稳定水跃并消散各种水工结构例如溢洪道、水闸、泄水底孔、或跌水下游的剩余动能.通常将此种水跃,称为强迫水跃.和传统的自由水跃的特性大为不同.强迫水跃的特性在于不仅是分离水流和形成墩后涡流,而且在消力墩上     

当卡水电站消力池的优化试验研究

当卡水电站属于中低水头水电站,其泄水建筑物具有水头低、佛氏数低等特点,通过模型试验发现原设计方案存在消力池体型欠佳、池内水流流态紊乱、消能效果差及坎后二次跌落水流大等问题,为此对消力池体型进行了优化设计,通过不同方案的优化比选,提出了将溢流堰和泄洪闸后消力池隔开、降低泄水闸底板高程、加宽泄水闸消力池宽度、减少消力池长度和适当提高尾坎高度等措施,有效地解决了原设计方案的不足,且降低了工程造价。     

一种新型溢流坝面结构的消能效果及空化特性研究

发展新型溢流坝面结构对提高大坝的泄洪消能能力有重要意义.针对高坝水头高、下泄水流能量大而传统坝体消能效果较差、工程下游河道冲刷严重的问题,设计研发了一种包含分道挑流结构的新型溢流坝面结构,通过室内水力试验观测其挑流消能效果,引入消能率的概念定量测算溢流坝面结构的消能效果,同时通过数值模拟试验讨论溢流坝面结构空化特性及冲...     

低弗劳德数宽尾墩多级消力池三维数值模拟

低弗劳德数二元水跃消能效率低,当无尾坎消力池受地形限制,其长度较短且下游水位较低时水跃无法稳定在消力池内,消力池下游护坦承受较大冲刷压力,甚至护坦出口水流余能对下游河床造成严重冲刷。对此,提出采用宽尾墩联合尾坎消力池来改善消能效果,并采用RNGκ-ε紊流模型结合自由面追踪的VOF方法对宽尾墩联合尾坎消能工的水流流场进行三维数值模拟,通过宽尾墩与平尾墩、设置尾坎与不设置尾坎的综合对比分析得出,采用宽尾墩联合尾坎消能工的消能体型可有效调控水流并提高水流的消能效率,明显改善消力池内水流流态,有效减少对护坦及下游河岸冲刷。研究成果可为类似工程提供借鉴。     

空间淹没水跃流态特征数值计算

空间水跃可使局部范围内水流紊动剧烈,提高水流稳定性和消能效率,消能效果较好。为探讨空间水跃的流态特性,基于RNGκ-ε紊流模型和流体体积函数(VOF)自由表面处理方法,建立了三维紊流数学模型,数值模拟了突扩比为0.833、0.667、0.500、0.333等4种空间水跃情况,讨论了不同突扩比下空间淹没水跃的流态及漩涡演变规律。结果表明,空间水跃下游流态存在左右摆动、主流轴线聚集等现象,当突扩比小于一定值后,在水跃发展过程中将产生游离的立轴漩涡。研究成果为空间水跃在水利工程中的应用提供了理论依据和参考。     

非对称平行水跃水力特性研究

通过两孔平底泄洪闸物理模型试验,对比研究了非对称平行水跃和传统水跃的水跃特性,揭示了非对称平行水跃的消能机理,探究了其能量耗散、共轭水深比、水跃旋滚长度与闸门开度比之间的关系。结果表明,非对称平行水跃中水流横向扩散增大了平行射流面积,除形成大幅度横轴旋滚外,还激起局部立轴旋滚,增强了相邻水股剪切紊动,加剧了能量耗散;相较于传统水跃,非对称平行水跃能显著降低跃后水深及缩短水跃长度;结合试验数据提出共轭水深比、水跃旋滚长度计算经验公式,经验公式拟合效果较好,精度较高,可为同类工程设计提供参考依据。     

角木塘水电站消能措施优化研究

以角木塘水电站的泄水建筑物（溢流堰和消力池）为研究对象,对原设计尺寸下溢流堰发生严重淹没水跃、消力池消能效率低下的问题,采用水工模型试验观测流态、测量流速、水深等特征值,计算水流收缩断面处的佛氏数和消力池的消能效率。据此提出修改泄水建筑物体型、调整消力池长度和增设辅助消能工等优化措施,从而提高了泄水建筑物的消能效率     

潜没式三角翼体对闸后突扩水跃的影响

针对泄水闸少数孔开启时,下游渠道形成主流受压缩的三元突扩水跃问题,建立1∶100的水工试验模型,并采用潜没式三角翼体作为辅助消能工控导水流,分析多种工况条件下跃前断面的水流流态。试验结果表明,潜没式三角翼体通过减小主流的单宽流量,重新调整了跃前断面动量与水位的分布,提高了跃前断面水流的整体稳定性,并缩短了泄水口至跃首断面间急流段的长度,改善了下游水流的衔接消能,效果良好。研究成果可为实际工程应用提供技术支持。     

低弗劳德数趾墩悬栅联合消能工数值模拟

针对低弗劳德数水流在消力池内极易形成弱水跃且水面大幅波动的问题,在低弗劳德数情况下,利用RNGκ-ε紊流模型,分别对趾墩悬栅联合消能工与单一悬栅消能工所处流场进行数值模拟,系统分析了水深沿程变化及流速分布规律,得到联合消能结构作用下消力池内部水流流态及过栅绕流涡旋分布。结果表明,联合消能工能增大回流区漩涡尺度,加剧水流卷吸掺混强度,大幅提高掺气浓度,迫使跃前断面向下游推移,相对推移比接近26%,淹没度下降约10%左右,从而显著降低陡坡水流脉动;悬栅附近涡群具有更强的漩涡运动,主、回流间紊动混掺加剧,增强了下泄水流能量耗散。研究结果为同类工程中解决消能防冲问题提供了新思路和参考依据。     

山区河流阶梯—深潭结构水力特征数值模拟

为了探究阶梯—深潭结构在不同流量工况下的消能机理,采用紊流数值模拟方法分析研究了阶梯—深潭结构紊动能、紊动能耗散率、流场结构、潭底压力强度等主要水力参数。结果表明,随着流量的增大,平均紊动能耗散率不及平均紊动能增加速率快,验证了阶梯—深潭随着流量的增加消能率会有所下降;小流量工况下深潭内环流区明显,增大了水流滞留潭区时间,能量耗散效果较优;大流量工况下流量的增加促使结构发生自适应调整,水深加大,形成水垫及漩滚耗能,水流阻力增大且维持潭底压差分布趋于平稳,削弱了主流对河床的直接冲刷,有利于河床稳定。     

竖井旋流泄洪洞出口体型优化研究

为对某竖井旋流泄洪洞出口体型进行优化,提出了一种新型出口形式,通过多组物理模型试验获得了初步的优化设计原则,并结合数值模拟综合验证分析.结果 表明,出口结构前端为竖向环状水跃与横向淹没水跃相连的二级掺混消能区域,湍动能大,消能效果显著,大泄量下总体消能率相对提高10％;后部水流流态转化平顺,低速平稳流出;底板压强分布合...     

大型高落差水闸水力特性模型试验研究

为了准确研究和确认大型高落差水闸的泄流能力和水跃等水力特性,以辽宁省开原市清河闸为例,制作了高落差水闸的水工模型并进行了试验,比较了高落差水闸的上、下游水位流量关系的理论和试验结果,观测了水闸消力池内水跃发生位置及跃前水深、跃后水深、水跃长度等。结果表明,水闸泄流能力模型试验结果与理论计算结果吻合较好,泄流能力能够满足设计要求;各特征流量下,水跃长度、跃后水深与设计值基本相符,消能效率达30%,消能后弗劳德数降为0.32,说明跌坎式消能工的消能效果较好。     

沙坪二级水电站泄洪消能及闸门运行调度方式研究

大型河床式水电站泄洪消能一般具有大单宽流量、低水头、低佛氏数、高淹没度及上、下游水位变幅大等特点,对泄洪闸闸室及下游消能防冲设施内的流态影响较大,可能威胁闸室和下游的安全,故对泄洪闸闸门运行调度方式的要求高。对此,结合大渡河沙坪二级水电站,深入系统研究了大型河床式水电站泄洪消能及闸门运行调度方式。通过水工模型试验,研究了宽顶堰+护坦+海漫的泄洪消能方式,并提出了永久运行的闸门运行调度的均开原则及各工况下的调度方式。实际运行检验证明,泄洪消能及闸门运行调度方式效果好,对类似工程有一定借鉴意义。     

一种新型溢流坝面结构的消能效果数值模拟研究

针对高坝水头高、下泄水流能量大而传统坝体消能效果较差、工程下游河道冲刷严重的问题,设计研发了一种包含分道挑流结构的新型溢流坝面,采用Flow-3D软件对其挑流消能效果进行水动力数值模拟,并与传统溢流坝面结构消能效果进行对比分析。结果表明,新型溢流坝面结构通过改变下泄水流流态分布,能有效降低水流流速,减小对下游河道的冲刷,为大坝高效挑流消能提供了新思路。     

渐扩式折坡消力池的水力特性试验研究

以出山店水库枢纽工程南灌溉洞为例,针对原设计方案折坡等宽式消力池中存在水跃不稳定、流速分布不均及消能率低的问题,提出了完全渐扩式折坡消力池的修改方案,并通过物理模型试验研究了两种不同消力池方案的水力特性。结果表明,修改方案能增大消力池进口的弗劳德数,可明显改善原方案中流态流速分布不均、水跃不稳定问题,且能较大地提高消能率。