弧形闸门前漩涡特性研究

吸气漩涡是水利工程中进水口前常见的水力学问题,模型试验是研究进水口前漩涡特性的常用方法。目前关于漩涡特性的研究主要集中在淹没水深较大、进水口结构不变的泄洪洞以及电站进水口等,而对于弧形闸门局部开启时闸前漩涡特性的研究较少。为了研究弧形闸门前漩涡的水力特性以及黏性力和表面张力对弧形闸门前漩涡的影响,以某泄洪闸弧形闸门为研究对象,采用2个不同比尺的模型试验及理论分析方法,对弧形闸门局部开启时闸前吸气漩涡的水力特性进行了研究。结果表明,闸前漩涡是行进水流横向和纵向突然收缩共同作用的结果。弧形闸门前水面紊动较大,所以闸前漩涡频率较高,持续时间较短,闸门开度越大,闸前吸气漩涡越强。若按照弗劳德数准则设计模型试验,当来流雷诺数和韦伯数大于某一临界值时,可以忽略黏性力和表面张力影响。     

弧形闸门前旋涡临界淹没水深研究

该文以某弧形闸门控制的泄洪闸为研究对象,采用比尺为1:20的水工模型试验,对弧形闸门前的旋涡特性及其临界淹没水深进行了研究。试验观测发现,弧形闸门局部开启时,闸门前旋涡总是成对出现的,且环量方向相反。实测吸气旋涡的临界淹没水深数据表明,其不仅与弗劳德数有关,还与进水口的宽高比以及来流收缩比有关。最后该文通过理论分析和数据拟合的方法,建立了避免弧形闸门前形成吸气旋涡的临界淹没水深公式,该公式同时考虑了弗劳德数、闸门开度和来流环量的影响。     

进水口漩涡特性及临界淹没水深的研究进展

压力进水口前的漩涡是常见的水力现象,研究漩涡的水力特性,是认识和消除进水口漩涡的基础.研究进水口前漩涡的主要方法有室内缩尺物理模型试验、理论研究及数值模拟等.主要对进水口漩涡水力特性和临界淹没水深的研究成果进行了分析总结;根据漩涡是否吸气对其进行分类,分析各种漩涡可能产生的危害,并总结了漩涡产生的影响因素、缩尺效应和进水口的临界淹没水深公式.最后指出,应加强电站进水口漩涡的原型观测统计,以及双层或多进水口临界淹没水深的研究.     

双有压进水口布置型式对漩涡特性的影响

水工建筑物有压进水口吸气漩涡对建筑物和水力机械有一定的破坏作用。探讨漩涡尤其是吸气漩涡的产生机理,揭示其运动的规律,寻求控制漩涡危害的有效措施,对工程具有实际意义。以往对进水口漩涡特性与影响因素研究主要集中在单道单管引水,关于双进水口或多进水口的漩涡特性的研究较少。选取双有压进水口淹没出流,针对不同淹没水深,通过改变进水口体型及布置型式,观测水面流场及漩涡特性。研究发现随着相对淹没水深的增加,吸气漩涡持续时间、频率及强度均降低;不同淹没水深情况下,立轴漩涡的直径及强度随着淹没水深的不断增加呈现先变大后减小的变化过程;适当增大进水口间距能够改变漩涡类型,降低吸气漩涡持续时间及其出现的频率。     

波浪对蘑菇头式取水口吸气漩涡流态影响的试验研究

滨海蘑菇头式取水口进口流态受波浪影响明显,但波浪作用下的取水口吸气漩涡规律尚缺乏系统研究,如何防止进水口前产生有害吸气漩涡是进水口设计中急需解决的问题。以某滨海电厂取水口为例,采用物理模型试验方法,研究了波浪作用下的取水蘑菇头进水流态和吸气漩涡特征,分析了波浪影响下取水口防进气所需的最小淹没深度。试验结果表明,波浪会抑制取水口周缘形成稳定的吸气漩涡。取水蘑菇头在淹没深度不足时会随着波浪周期产生间歇式吸气,但进气量要比持续波谷水位时小。在预防有害吸气漩涡方面,波浪的存在可降低临界淹没深度值,设计实践中可对淹没深度规范公式(Gordon公式)加以修正使用,而修正系数的取值应根据波浪要素和取水口结构形式确定。研究结果可为类似工程设计提供参考。     

U型堰进水口防涡墩试验研究

进水口漩涡是一种常见的水力学问题。以辽宁省清河分水口工程为研究背景,采用物理模型试验的方法,在大比尺为1/10的模型条件下对分流堰部位的进水口漩涡进行了重点试验研究。通过对原设计方案的相对临界淹没水深、速度与环量、进水口边界条件3个漩涡成因进行分析,从边界条件的角度出发提出了修改方案下边墙段的截弯取直、U型堰与防涡墩相结合的消涡方法。试验结果证明,修改方案不仅避免了进水口初始环量的产生,改善了整个分水口的水流流态,同时还优化了进口边界条件,显著地达到了消除进水口漩涡的目的。     

闸前漩涡水力特性及形成条件的试验研究

结合实际工程,利用水工模型试验研究了闸前漩涡的发生规律和水力特性。试验研究表明,在闸门开度较大的工况下,才会出现严重的间歇吸气漏斗漩涡。而在闸门开度一定的情况下,闸前漩涡强度随淹没深度变化较为明显：当淹没深度趋近于某一值时,此时的漩涡强度存在极大值,小于或者大于这个淹没深度,漩涡的强度都会有不同程度的减弱,甚至消失。从理论上探讨分析了间歇吸气漏斗漩涡的形成条件。这些成果可为闸前漩涡消除措施的工程设计提供参考。     

山东德州四女寺南进洪闸过闸流量分析

采用理论计算分析与模型试验相结合的方式,通过研究堰流和孔流的界限、影响闸孔出流流量偏离与闸门上下游水位、闸门开启高度等因子的定量关系及自由出流和淹没出流的条件,确定弧形闸门的流量系数、淹没系数和垂直收缩系数等,得到四女寺枢纽南进洪闸的水力计算方法,找到影响弧形闸门闸孔出流的流量、开启高度、上下游水位差的表征关系式,并通过试验和经验图表进行了验证.     

边表孔闸前吸气旋涡试验研究

针对多泄洪表孔的边表孔闸前极易产生强烈的吸气旋涡的问题,试验观察了边表孔闸前水流流态,分析了旋涡成因,并详细研究了工作水头、闸门开度、绕流距离及相邻表孔运行方式对吸气旋涡的影响以及吸气旋涡对表孔侧墙压力的影响。结果表明:该吸气旋涡主要是由边墩绕流效应引起,是发生在边表孔的特殊水流现象;旋涡涡心直径随工作水头和绕流距离的增大而增大,随闸门开度的增大而减小;相邻表孔全开与局部开启相比,边表孔闸前漩涡更大;吸气旋涡导致表孔下游侧墙出现负压,可能造成侧墙空蚀破坏,在实际工程中应注意对此类旋涡进行控制。     

水电站进水口水工模型试验研究

结合实际工程对水电站深式进水口阻力系数、临界淹没水深和漩涡等进行了水工模型试验，试验成果表明：进水口阻力系数和临界淹没水深与取水口布置条件有关，采用经验公式计算所得临界水深偏于安全，说明采用模型试验来确定水电站取水口的布置方式是一种有效手段。     

Effects of modern marguerite-shaped inlets on hydraulic characteristics of swirling flow in shaft spillways

This study used model experiments to investigates hydraulic characteristics of flow at marguerite-shaped inlets with holes at the bottom of their lobes, known as modern marguerite-shaped inlets. This innovation reduces the swirling flow strength and improves the hydraulic performance of simple shaft spillways. Head–discharge relationships, flow circulation, threshold and critical submergence depths, and discharge coefficients are detailed for different flow regimes. The findings suggest that flow discharges through this type of inlet were approximately six, three, and two times greater than flow discharges through a simple shaft spillway, a circular piano key inlet, and a simple marguerite-shaped inlet, respectively. Increasing the outer length and height of inlets also uniformly distributed the flow around shaft spillways. The best hydraulic performance was observed in the inlets with an outer height of 1.25D and an outer length of 3.75D, where D is the diameter of the shaft spillway. Different equations, with high correlations and low errors, were derived to determine the threshold and critical submergence depths and the discharge coefficients for free and orifice flow regimes.     

Calculation of the regime of submergence of a ski-jump bucket behind a deep outlet

Conclusion When using a ski-jump bucket behind bottom outlets of dams the depth of the lower pool at which submergence of the ski-jump and then the outlet occurs can be calculated by Eq. (5).With an increase of the angle of inclination of the ski-jump, submergence occurs at smaller depths of the lower pool. For example, for inclined ski-jumps with angles 20 and 27° the difference of the values of the critical depths compared with a horizontal deflector is respectively about 10 and 13%.Translated from Gidrotekhnicheskoe Stroitel'stvo, No. 7, pp. 29–31, July, 1984.     

侧向进水口立轴旋涡数值模拟

为了研究侧向进水口立轴旋涡的运动特性,以RNG模型为基础,引入VOF方法捕捉自由液面的变化,对立轴旋涡的形态及其运动轨迹进行了三维数值模拟,并对旋涡水面线和三维速度分布进行了分析。结果表明,侧向进水口前的旋涡是非对称的,其涡轴是一条空间曲线,旋涡下部在进水口的抽吸拉伸作用下发生扭曲。旋涡运动可分为三部分,第一部分水面线呈漏斗状,与对称旋涡类似,第二部分旋涡运动逐渐从竖向转为横向,第三部分为横向运动。在旋涡的上半部,轴向速度随着水深的增加而增大,当旋涡逐渐由竖向转为横向运动时,轴向速度逐渐减小直至为零。最大切向速度发生在淹没深度的52%处。     

压力进水口的最小淹没水深

水电站、水泵站以及其它压力引水隧洞的进水口都要求有一定的淹没深度，以避免出现挟气漩涡引起有害的工程问题．其计算公式分为三种类型：以进口高度表示的公式、以进口流速水头表示的公式以及以弗汝德数Fr表示的公式；根据三峡电站模型实验的数据比较了各公式的计算值，结果发现，以戈登公式的计算结果最为接近实验值，但在工程实践中证明，大流量、高流速的情况下，戈登公式并不能给出足够的安全淹没深度，其主要原因在于边界的影响．对于重要的工程，应通过实验确定临界淹没水深．