台阶式溢洪道滑行水流时均压强特性研究

通过模型试验,对台阶式溢洪道滑行水流的时均压强特性进行了研究,探讨了台阶上时均压强的产生和变化规律.同时探讨了来流量、台阶尺寸等因素对台阶上压强变化的影响.对于工程的设计,施工都具有很好的参考价值.     

台阶式泄洪槽水工模型试验研究

为验证山西省某森林公园台阶式消能泄洪槽设计的合理性,通过模型试验研究了该消能泄洪槽不同流量工况下的流态、台阶平面压力、流速分布及消能效率。结果表明,在试验流量范围内,泄槽内为跌落水流和过渡水流,掺气不明显;台阶平面压力变化范围为-9.7～24.4kPa,当流量为6m3/s时,出现最大负压9.702kPa;除#3消力池进口处外,三段台阶式消能段均为泄槽底部流速较小,对泄槽底部冲刷较小,泄槽水流表面流速最大;在不同流量下台阶式泄槽+消力池联合消能率均超过了90%,其中大部分能量消散在溢洪道台阶上。研究成果可为类似工程提供参考。     

台阶式溢洪道水流空化特性及空化空蚀位置的确定

为探讨台阶式溢洪道水流空化特性,结合某水库实际工程,采用水工模型试验方法,研究了不同流量条件下台阶式溢洪道的流速、压强分布和空化特性。结果表明,在溢流堰段,水流流速沿程逐渐增大,压强沿程逐渐减小,水流空化数也逐渐减小;在台阶段,流速沿程先逐渐增大,在初始掺气点达到最大值后有所下降,随后逐渐增加并趋于某一常数,压强沿程呈波浪式发展,水流空化数也呈波浪式发展;在消力池内,水流流速先逐渐减小,达到最小值后又逐渐增大,压强先逐渐增大,增大到最大值后逐渐减小,然后减小到最小值,再逐渐增大,水流空化数沿程先逐渐增大,达到最大值后逐渐减小;台阶水平面上的空化数从台阶凹角向凸角逐渐增大,竖直面上的空化数从底部向顶部逐渐减小;同时水流空化数随着流量的增加而减小。     

台阶式溢洪道掺气坎水流空腔长度和通气量的试验研究

通过试验研究了台阶式溢洪道初始掺气点的位置、在首部台阶上游加掺气挑坎情况下挑坎后的水流流态、空腔长度、通气量。得出了初始掺气点、空腔长度和通气量的确定方法,供工程参考。     

台阶式溢流坝跌落水流时压强特性研究

当台阶均一的台阶式溢流坝在跌落水流流态时,台阶面上的脉动压力主要由跌落水舌影响,台阶水平面上压强均大于竖直面。由于水舌掺气,时均负压主要集中在台阶竖直面自台阶凸角至台阶凹角3 4的台阶高度范围内;受到跌落水舌在台阶水平面上的冲击,时均正压则主要集中在台阶水平面凸角水舌跌落处附近。台阶竖直面上的脉动压强强度远小于台阶水平面,而台阶水平面上的脉动压强强度则集中于水舌跌落处。     

陡槽溢洪道上孔板消能特性的试验研究

运用孔板消能工能有效改善低水头、大流量陡槽溢洪道中的水流流态,显著降低陡槽溢洪道中的水流流速和提高消能率。在此采用物理模型试验的方法,结合龙屯水库陡槽溢洪道除险加固工程,通过分析水流流态、水流速度的分布及消能率,对设置在陡槽溢洪道上的孔板的消能特性进行了研究。结果表明,孔板改善了上游弯曲段形成的折冲水流的不良流态,使水流流速明显减小,孔板的消能率达到50%以上,消能效果显著。     

设有掺气挑坎的台阶式溢洪道的三维数值模拟

利用引入VOF方法的RNGk-ε双方程紊流模型,对在台阶首部设置掺气挑坎的台阶式溢洪道进行了全程的三维数值模拟。通过模拟,得出计算域的水面线、速度场和压强场等水力特性,并用物理模型实测值对数值计算结果进行验证,两者吻合较好。说明采用数值模拟的方法研究台阶式溢洪道,以此得到真实的水力特性是可行的。     

台阶式溢洪道中墩水翅影响因素及改善措施

为探求台阶式溢洪道中墩水翅的影响因素、消减原则及改善措施,采用物理模型试验和数值模拟相结合的方法,研究了某水库台阶式溢洪道中墩水翅附近区域的水力特性参数,分析了台阶式溢洪道的水翅影响因素.在此基础上提出了消减水翅的原则,并设计了一种适用于台阶式溢洪道的渐变式尾墩.数值模拟结果表明,渐变式尾墩和小台阶可有效改善水流流态,...     

大河枢纽溢洪道水力试验研究

为寻找高效率消能工型式，促进从泄槽来的高速水流由动能转化为位能，也减轻了对睛游的冲刷，节省工程投资，所确定的推荐方案消能效率经设计方案有所提高。     

溢流式面板坝坝体溢洪道水流数值研究

在水利水电建设中．对于溢流式面板坝,一个重要的问题就是溢洪道的消能．采用不同的消能方式将表现出不同的水力学特性。利用处理复杂自由水面的体积流体分析（VOF）方法和κ-ε方程紊流数学模型对光滑式、台阶式两种形式上的水流进行数值模拟研究。     

有坎式台阶溢流坝的数值模拟

采用RNGk-ε双方程紊流模型,对有坎式台阶溢流坝各体形进行数值模拟,并与传统台阶的水面线、速度场、压强场、消能率等方面进行了比较。研究结果表明：水平台阶上设置坎后的体形对台阶段水面线影响较大,对其他区域水面线影响较小;随着坎高增加,漩涡区域在水平和竖直方向都会增大;传统台阶的负压小于同位置有坎式台阶的负压,随着坎高增加,台阶垂直面的负压减小正压增大。坎的迎水面和坎顶均为正压,且最大压强出现在坎迎水面与水平台阶的交点处;另外,受水平台阶面上坎高的影响,台阶段的消能率略有增加。     

V形阶梯溢洪道水力学特性试验研究

针对V形阶梯溢洪道在大单宽流量下运行存在的问题,研究了坡比为1∶2的V形阶梯溢洪道在不同单宽流量时的流态、时均压强、消能率等水力学特性。试验结果表明,同一阶梯的不同位置,漩涡的强度不同,越靠近中轴线漩涡强度越小;阶梯水平面上的负压区集中于靠近边墙的凹角处,中轴线附近无负压;阶梯竖直面上,凹角处时均压强最大;消能率较高,且适应范围更大。     

牙塘水库溢洪道设计及试验中的几个问题

对牙塘水库溢洪道设计及试验中的几个问题,如方案布置的形成,消能方案的确定,试验中的水流流态等进行了探讨和总结,同时对设计中存在的问题通过模型试验进行了优化,其结果完善了设计.该方案已经建成待原型过水进一步验证.     

毛家河水电站溢洪道三维数值模拟

为寻求毛家河水电站溢洪道较优的泄洪消能形式,以质量守恒及动量守恒为基础,建立了κ-ε湍流模型封闭雷诺方程组,采用VOF方法追踪自由液面,对溢洪道泄流能力、水面线、底板压力及槽身和下游河道的流速进行了三维数值计算,数值计算结果与模型试验结果吻合较好,并根据工程实际情况拟定了多种方案对溢洪道全域及下游河道进行了数值模拟。计算结果表明,设置中隔墙并使左、右泄槽挑流鼻坎错开布置方案,溢洪道槽身段水流流态较好,挑射水流与下游河道水流衔接平顺且对两岸岸坡冲刷较轻,总体效果较好。     

基于Flow-3D的高速水流无压溢洪洞内消能工数值模拟

针对目前高速水流消能形式存在的缺点,基于Flow-3D软件,采用RNGκ-ε模型、Tru-VOF法模拟了无压洞式溢洪道内消能墩附近的水流运动特性,结合洞塞式消能工的消能机理和水工模型试验,对比分析了内消能墩附近的水流流态、流速分布、压强分布、水面线和消能率等。结果表明,在控制断面束窄度的条件下,消能墩附近流态不会影响洞内安全,消能效果较好,消能墩对墩后水流影响距离较短,为在洞内设置多组消能墩提供了依据。研究成果可为类似工程提供参考。     

基于PIV技术的阶梯溢洪道流场和涡量测试

鉴于阶梯溢洪道流场和涡量场分析对其消能特性的研究非常重要,利用粒子图像测速技术(PIV)测试了阶梯溢洪道滑行水流的二维流速场和涡量场,并分析说明了模型装置、仪器测试区域和相应参数设置。通过处理粒子图像获得模型水面线,验证了模型的水流流态为滑行流;从~#3～~#5阶梯的流速等值线分布特征得到阶梯滑行主流沿水深方向的流速变化,台阶凹角内旋滚水流的流速和转动周期;从~#3～~#5阶梯的垂直涡量场等值线分布,得出阶梯溢洪道滑行流态旋转水流产生的原因和运动方式,验证了阶梯溢洪道水流紊动耗散的主要原因;并通过计算阶梯消能率,说明了试验模型的消能效果。对PIV技术用于其他消能工消能特性的研究提供了参考。