某水库溢洪道除险加固工程方案比选试验研究

某水库溢洪道在泄洪过程中出现险情,需进行除险加固处理。基于模型试验,研究水库溢洪道除险加固方案中增大溢洪道泄槽底坡除险加固方案和台阶式溢洪道除险加固方案,对方案中水流流态、消能率等水力特性进行分析。试验结果表明,采用台阶式溢洪道满足溢洪道泄洪能力要求,大大提高了消能率,并且改善了溢洪道内水流流态,最终选定台阶式溢洪道消能方案作为水库溢洪道除险加固方案     

某水库台阶式溢洪道优化试验研究

台阶式溢洪道广泛应用于工程中,基于模型试验对某水库溢洪道除险加固工程台阶式溢洪道方案进行研究,试验结果表明,设计方案基本满足溢洪道常遇洪水的泄洪消能要求,但当下泄流量高于消能防冲流量时溢洪道泄槽局部出现不良水力现象,并且消力池长度不足。为此在设计方案的基础上,对溢洪道闸室出口泄槽连接段、泄槽掺气设施及消力池消力墩进行不同方案优化布置。通过模型试验最终选定相对较优方案作为某水库溢洪道除险加固方案,优化后泄槽内水翅现象消除,消力池内流态改善,总消能率有所提高。     

三维模型在台阶式溢洪道台阶段优化中的应用

采用VOF方法,结合RNGκ-ε紊流模型和单向流体自由追踪界面对台阶式溢洪道台阶段进行三维数值模拟。通过调整台阶式溢洪道平面布置、台阶级数和台阶尺寸对大华水库坝面溢洪道原设计方案进行优化。结合水工模型试验,分析比较原设计方案与优化方案台阶段水力特性,采用31级台阶、45级台阶、62级台阶三种优化体形后消能率增大,不设过渡段则流速最大值减小,流速最大值均不超过15 m/s。数值模拟计算值与水工模型实测值吻合较好,进一步表明VOF方法适用于台阶式溢洪道台阶段水流流动的三维模拟。     

台阶式泄槽溢洪道设计方法综述

台阶式溢洪道因其显著的消能、掺气效果而倍受工程界的关注.在许多试验研究的基础上,提出了台阶式泄槽溢洪道泄槽及降低护坦式消力池的水力计算方法.台阶式溢洪道泄槽的设计主要包括泄槽倾斜角度、台阶高度和长度确定、泄槽边墙高度确定、台阶上的压强计算及防空蚀破坏措施的确定3部分.尽管台阶式溢洪道受到世界各国水利界人士的强烈关注,并进行了大量的试验研究,但目前对于台阶式溢洪道的系统计算方法研究尚未看到报道,因此,对台阶式溢洪道系统计算方法的研究具有重要的现实意义.     

乱木水库溢洪道水流数值模拟

乱木水库溢洪道采用戽式消力池,池内水流流态复杂,消能效果难以确定.采用基于VOF方法的k-ε双方程紊流数学模型对下游消力池的水力特性进行数值模拟,并优化了体形.     

基于FLOW-3D软件的溢洪道三维水流数值模拟

采用FLOW-3D水流计算软件模拟了溢洪道挑流消能的三维水流流场,并通过调整溢洪道平面布置、增设贴角和改变预挖冲坑范围等措施对溢洪道原设计方案进行了优化。结合水工模型试验成果,对原设计方案和优化方案的水流流态、流速分布和水面线等水力特性进行了对比分析。数值模拟计算结果与水工模型试验比较吻合,说明优化方案的有效性,也进一步表明三维数值模拟的可行性。     

岸边溢洪道过流体形的数值模拟分析

以某大型水电站溢洪道中槽为研究对象,应用数值模拟对其体形进行分析.通过与1:40物理模型试验成果的对比表明,数值模拟能较好地对溢洪道泄流能力、分流墩后水面爬高现象、溢流堰压力特性、掺气坎空腔形态、挑流鼻坎压力特性等主要水力学参数进行模拟,且可信度较高,计算结果验证了溢流堰体形、掺气坎及挑流鼻坎体形基本可行.通过计算还表明,标准k-ε双方程紊流模型不能重现掺气设施空腔回水;VOF模型虽能对泄槽底板气相分布进行定性模拟,但不能对与掺气相关的水力参数(通气井风速、空腔负压等)进行定量计算,通气井尺寸设计需参照物理试验成果.     

开敞式宽大单泄槽溢洪道水力特性及优化布置研究

开敞式宽大单泄槽溢洪道与一般溢洪道相比易发生水流流态复杂、掺气效果差等工程安全问题。以马来西亚Baleh水电工程为例,采用VOF法与RNG k-ε双方程紊流模型对溢洪道流场进行三维数值模拟。计算分析了不同工况下溢洪道流态、流速、沿程压强等水力特性的分布规律。同时开展1∶50物理模型试验,对比分析数值模拟结果与模型试验结果发现,两者基本一致,验证了开敞式宽大单泄槽溢洪道水力特性数值模拟的准确性与可行性。进而利用紊流模型计算分析了溢洪道掺气坎的优化布置方案,结果表明：1#掺气坎抬高20 cm后,坎后掺气空腔长度由11.03 m增大至19.84 m,消能率提高了6.11%;3#掺气坎沿泄槽陡坡上移15 m后,挑流水舌冲击位置上移,减轻了对挑流鼻坎段水流流态的影响。研究结果对同类工程的优化设计有一定的借鉴作用。     

溢洪道挑流鼻坎水气二相流数值模拟研究

针对某溢洪道挑流消能存在的问题,采用VOF方法、立方体网格和k-ε紊流模型对溢洪道整体水力特性进行了三维数值模拟,对挑射水流流态、水舌掺气、水垫塘底板压强、下游河道流速等方面进行了分析。将某溢洪道由原高低式挑流鼻坎修改为差动式后,增大了下泄水流入水范围,提高了挑流消能的消能效率,减小了水垫塘底板压强,降低了下游河道水流流速。优化方案数值模拟结果得到了模型试验结果的验证。     

台阶溢洪道无因次消能水头规律与水面线计算

台阶式溢洪道消能水头是重要的水力参数,直接反映了台阶式溢洪道的消能情况。对台阶式溢洪道的消能水头及影响因素进行因次分析,引入相对临界水深、相对位置。通过对5组不同坡度,3个台阶高度,3个单宽流量共45个组合工况下的台阶式溢洪道进行模型试验研究,探讨无因次消能水头与相对临界水深、相对位置、坡度的关系。结果表明:无因次消能水头与相对位置呈现良好的线性关系;直线斜率与坡度呈线性递增关系,与相对临界水深无关。依据这些规律计算台阶式溢洪道沿程水面线,为台阶式溢洪道复杂水力特性计算提供了新方法。     

太山里水库台阶式溢洪道消能规律分析

以郴州市北湖区鲁塘镇东南侧太山里村境内的太山里水库为例,基于水库运行实际设计出台阶式溢洪道试验模型,并对不同水力条件下水流流态和消能特性进行了试验模拟。结果表明,过渡水流所产生的较强冲击波对溢洪道台阶受力十分不利,必须加强设计控制,但就水流流态试验过程的完整观察得出,台阶水面流态较为破碎,不同台阶高度下水面也均位于台阶边墙高度内,并无大量飞溅现象;对于小流量而言台阶式溢洪道消能率可达90%以上,消能效果明显,在太山里水库运行中较为适用。     

基于RNG k-ε紊流模型的溢洪道水力特性数值模拟

为分析溢洪道的水力学特性,基于VOF法和RNG k-ε两方程紊流模型,根据溢洪道的布置方案,对不同水位工况下溢洪道的水力学问题进行数值模拟研究,分析溢洪道的水流流态、泄流能力、水面线、挑距和消能率。数值模拟结果表明：溢洪道水流流态平顺,无严重摆动和激荡现象;边墙设计高度均大于校核水深与安全加高之和;数值计算的泄流量较规定公式计算结果大;库水位越高挑距越大,消能率越高。     

基于SPH的台阶式溢洪道最优消能率参数研究

为研究台阶式溢洪道的消能规律,明确台阶式溢洪道的最优消能率参数,利用DualSPHysics对台阶式溢洪道水流特征进行模拟,并通过与典型案例的对比分析验证了SPH方法对台阶式溢洪道水流模拟的适用性与准确性,模拟结果表明SPH方法可以较好地模拟台阶式溢洪道上的水流特征。通过建立不同单宽流量、台阶段坡度和台阶数目的共计288种工况对台阶式溢洪道消能规律及其影响因素进行了研究。结果表明：在其他条件一定的情况下,台阶式溢洪道的消能率与单宽流量呈负相关关系;台阶数目对台阶式溢洪道消能率的影响并不显著,但是存在一个台阶数目能使台阶式溢洪道的消能率达到最大值,该最优消能率对应的台阶数目在78~81阶范围内,此结论对指导实际工程应用有一定的参考价值。     

台阶式溢洪道滑行流相对水力特性规律研究

台阶式溢洪道消能效果显著、能大大减小下游消力池的尺寸、节省工程量和投资,但其水流规律复杂。本文对比研究了台阶式溢洪道和同体型的光滑溢洪道,并引入台阶式溢洪道相对流速、相对弗劳德数、相对消能率等3个相对水力参数。通过模型试验,分析了台阶式溢洪道流速、弗劳德数、消能率等常规水力参数及3个相对水力参数沿程变化规律、相对临界水深及溢洪道坡度对常规及相对水力参数的影响。分析结果表明:台阶式溢洪道常规水力参数沿程呈复杂的曲线变化规律,相对临界水深及坡度对常规水力参数的影响亦较为复杂,不便应用;台阶式溢洪道相对水力参数沿程表现出良好的线性相关关系,相关系数平均值为0.9887～0.9944;相对水力参数均随相对临界水深的增大而减小,随溢洪道坡度的增大而增大。通过对台阶式溢洪道相对水力参数沿程线性规律的定量分析,并结合光滑溢洪道成熟的水力计算理论,可为台阶式溢洪道复杂水力特性计算提供新方法。     

溢洪道泄槽及消力池流态优化数值模拟研究

我国西南地区某大型水库工程运行期间常遇小流量工况下的溢洪道破坏现象,通过建立溢洪道三维数值模型,从CFD(Computational Fluid Dynamics)仿真的工程应用角度,探索了适宜计算跌坎式底流消力池的湍流和水跃计算方案,对不同工况的对比分析得出典型水力特征数据,从而解释溢洪道破坏原因及变化趋势,并提出了一种优化方案且进行了验证,为进一步深入研究溢洪道泄槽及消力池水力安全打下基础。     

基于水动力模型的水库溢洪道水流演进分析

采用二维水动力数学模型对某中型水库拟建溢洪道内的水流流态进行数值模拟,并利用设计方案中的成果进行模型计算结果复核,验证了该模型对溢洪道进行二维水动力数值模拟的可行性,然后利用该水动力模型对不同泄流工况下的溢洪道内水力要素进行了模拟计算,为溢洪道的设计方案优化提供数据支撑,并对溢洪道的防冲措施及下游跨河大桥的防洪安全提出...     

新疆阿勒泰地区水库溢洪道台阶式泄槽设计与应用

台阶式泄槽溢洪道的显著特点是沿溢流面的消能率大大提高,从而可免除或极大地缩短溢洪道末端所需消能工的尺寸。近几年来,阿勒泰地区将台阶式泄槽溢洪道运用于中小型水库、水闸中,运行工况很好。为此,作为一种优越消能形式,台阶式泄槽消能受到了水利工程行业广泛关注。本文结合阿勒泰地区富蕴县境内的莫勒达拜水库工程,对其溢洪道台阶式泄槽的设计予以研究,为以后相关工程项目的设计提供参考。     

某山区溢洪道流态优化和消能试验研究

某山地溢洪道入流角度过大,且水流受圆弧段弯道离心力的影响,溢洪道外侧水体壅高明显,严重影响下游的衔接消能。在不改变原平面布置情况下,采用物理模型试验方法对溢洪道进行了优化设计,上游入水口及弯道衔接段设导流墩,下游陡槽段采用台阶式溢洪道的防冲消能体形,并对水流流态及消能率等方面进行了试验研究。结果表明:上游进口段水流分布均匀,衔接段水面线明显降低,台阶段呈现稳定的滑行流。实测台阶式溢洪道消能效率达到了87%,消能效果良好,流态稳定。     

基于数值模拟的某工程溢洪道方案比选

基于数值模拟方法,利用FLOW-3D软件对某工程溢洪道陡槽方案和比选方案下的泄流能力、水面线、沿程流速分布和沿程压力分布等进行模拟计算,根据计算结果分析两个方案各自的水力要素特点,为溢洪道的方案比选提供有价值的参考。     

台阶式消能构筑物两相流水力特性数值模拟研究

采用RNG紊流数学模型对核电站弃土场排水工程台阶式消能构筑物水力特性进行数值模拟,并将消能效果计算结果与经验公式计算果进行比较,验证了数值模拟计算的准确可靠性。在此基础上,对消能构筑物各部水力特性开展研究,对消能构筑物进行优化研究,验证了并提出了下游增设消能墩能够进一步增加消能效果。