曲面贴角窄缝鼻坎的水力特性及其在东风水电站溢洪道上的应用

本文介绍了贵州省乐风水电站溢洪道采用带急弯的曲面贴角窄缝鼻坎的消能防冲情况，通过消能防冲试验分析表明，此消能工水舌纵向扩散好，适用于狭谷河道，鼻坎段无冲击波现象，可大幅度降低边墙高度，选用此种消能工型式，较好地解决了该电站溢洪道出口高边墙及下汇水舌的导向归槽与消能防冲问题，试验所得边墙时均压力与脉动荷载等成果资料，满足了溢洪道设计的需要。     

非对称窄缝挑坎水力特性研究

非对称窄缝挑坎是针对山区弯曲河道泄洪消能的一种新型消能工。基于水力学模型试验研究了偏转角为0°~10°非对称窄缝的水力学特性,重点分析了挑流段水面线特性、边墙压力分布、挑距及入水范围。模型试验上游来流采用有压装置生成,参照规范建议值选定了窄缝消能工模型的收缩比、挑角等参数。试验结果表明:弗劳德数Fr与非对称偏转角对挑流水面线、边墙荷载、挑距有较大影响。非对称窄缝挑坎可以有效地使挑流发生转向,相比对称窄缝挑坎,在相近的流量下非对称窄缝水舌扩散更为均匀,从而有效减弱了水舌对两岸的冲刷,减小了水舌对河床的冲击力度。     

收缩比对非对称窄缝挑坎水力特性的影响

窄缝挑坎消能工因其良好的消能效果和易施工的特点被广泛应用于工程中。笔者通过模型试验,对3种收缩比(η=0.2,0.25, 0.3)情况下的单侧偏转的非对称窄缝挑坎的边墙水面线,底板中线时均压强和脉动压强特性展开了研究。试验结果表明:非对称窄缝挑坎的左右边墙水面线形态不同但均呈现上升趋势,窄缝底板中线上的时均压强和脉动压强均方根沿程增大,在接近窄缝出口处达到峰值,后减小。窄缝底板中线上的脉动压强基本符合标准正态分布。     

拱坝中孔平底与跌坎窄缝消能工对比试验

结合大花水水电站中孔泄水道的水力学模型试验,对拱坝泄水中孔平底和跌坎两种窄缝消能工进行了对比试验,指出：平底窄缝消能工水流冲击工作弧门支铰,水舌纵向拉开不够充分,不能满足工程需要;跌坎窄缝消能工水流不冲击弧门支铰,且水舌纵向拉开长度明显增大,在各种水头下均能形成形态良好的窄缝水舌,解决了该泄水道的高速水流问题。     

乌江银盘水电站消力池及导墙脉动压力特性研究

依托乌江银盘水电站,对底流消能消力池底板及导墙脉动压力特性进行了较系统的水力学模型试验研究。通过大量点、面水流脉动荷载测试数据的综合分析,获得了消力池底板及导墙动水压力的分布规律。该研究丰富和发展了底流式消力池及导墙的脉动压力特性研究,可为对该类消能形式水流动力特性的深入研究提供科学参考。     

窄缝挑坎收缩段急流冲击波特性的探讨

窄缝挑坎是五十年代国外开始采用的一种新型消能工。近年来,我国许多院校和科研单位对窄缝挑坎的体型和水力特性也开展了大量的研究,提出了许多有益的认识和建议。本文对窄缝挑坎收缩段的急流冲击波特性进行了较详细的分析研究,将窄缝挑坎收缩段的水流分为波前上游区和波前下游区两个不同流态的区域,对波前上游区水力要素的沿程变化规律作了初步的探讨。同时在伊本等人提出的急流冲击波计算公式的波前上游边界条件的基础上进行了修改补充,可用作窄缝挑坎收缩段边墙水面线的计算,并作为确定窄缝挑坎边墙基本尺寸均依据。     

窄缝消能工水力特性数值模拟

对于窄缝式消能工,收缩比和出口形式是影响其水力特性和消能效果最重要的两个参数。采用RNGκ-ε紊流模型与VOF多相流模型对窄缝消能工进行水气两相流三维数值模拟,模拟收缩比为0.4,出口形式为矩形和底部收缩比为0.5,顶部收缩比为0.7的V形出口两种窄缝体型的水力特性,数值模拟结合龙水电站开口泄洪中孔窄缝消能工模型试验,对比分析了两者在压力、水面线、水舌和落水形态等水力特性的不同,结果表明采用紊流模型模拟研究窄缝消能工的水力特性是可行的;V形出口形式具有较大的优越性。     

Y型窄缝消能工三维水力特性数值模拟——以斯木塔斯水电站工程为例

为了解Y型窄缝消能工的水力特性,以国内在建斯木塔斯水电站工程为原型,采用标准k~ε双方程湍流模型,引入VOF模型求解自由水面的方法,对斯木塔斯泄洪洞Y型窄缝消能工进行了三维数值模拟,得到了出口明槽段水面线、射流形态、不同高程水舌形态、左右侧墙及底板压强等水力特性值,并与物理模型试验值进行了比较。结果表明,数值模拟的精度较高,能够详实地反映Y形窄缝消能工水流内部的情况,可为Y型窄缝消能工的选型提供依据。     

窄缝式消能工的水力特性及其体型研究

研究窄缝坎挑流的水流特性、消能要求及其体型参数的选择 .窄缝使水舌出流挑角增大 ,水舌纵向拉开 ,形成水流变形耗能 ,且加剧了水流紊动、水舌破碎而掺气的耗能 ,使消能效果增加 ,冲刷减少 .提供了不同收缩比与水舌出流挑角变化关系的试验成果及水舌纵向拉开值的估算公式 .     

三河口水利枢纽泄洪消能工体型优化试验研究

通过水力学模型对三河口水利枢纽泄洪消能工体型进行了试验研究。结果表明:两底孔出口采用矩形不对称宽尾墩形成的窄缝体型,三表孔采用左、右表孔差动式齿坎与中表孔舌型鼻坎组合的优化方案具有表孔、底孔出口水舌上下分层、前后拉开、横向扩散的特点,从而改善了水垫塘内的水流流态,提高了消能效率,水垫塘底板所受动水冲击压力及脉动压力达到了设计要求。     

收缩式窄缝挑流水流特性及挑距的研究

国外五十年代开始采用的窄缝式挑流消能,为解决狭谷河段建坝的消能防冲问题开辟了一条新途径,国内是从七十年代中期开始这方面的介绍、研究与应用的。实践与研究都说明,窄缝挑流是适于狭谷河段枢纽泄水建筑物的消能措施。由于窄缝挑流的挑坎出口断面急剧收缩,其水流条件比较复杂,所以这种消能工有待于进一步探讨。本文仅就收缩段的水流特性及挑距计算问题作一些研究。(一)窄缝挑坎收缩段的水流特性1.窄缝挑坎的起挑水头窄缝挑坎的水舌流态是随上游水头的升高而变化的。底孔上采用窄缝挑坎,水流首先由强迫水跃转化为过渡流态,即水舌主体形成挑流,挑坎内水流表面仍有漩滚存在(图1—a)随水头增高表面漩滚的挑出,且当收     

水布垭枢纽泄洪消能试验研究

对水布垭水利枢纽泄洪消能布置进行了整体水工模型试验,研究分析溢洪道入口、消能区及坝址下游水流特性,观测了窄缝挑坎挑流特性、消能区的冲淤情况和防淘墙的脉动压力和频率,从而解决了水布垭工程泄洪消能问题。     

Y型窄缝消能工三维水力特性数值模拟

为了解Y型窄缝消能工的水力特性,以国内在建斯木塔斯水电站工程为原型,采用标准k～ε双方程湍流模型,引入VOF模型求解自由水面的方法,对斯木塔斯泄洪洞Y型窄缝消能工进行了三维数值模拟,得到了出口明槽段水面线、射流形态、不同高程水舌形态、左右侧墙及底板压强等水力特性值,并与物理模型试验值进行了比较。结果表明,数值模拟的精度较高,能够详实地反映Y形窄缝消能工水流内部的情况,可为Y型窄缝消能工的选型提供依据。     

曲面贴角窄缝鼻坎在大坝中孔的应用研究

曲面贴角窄缝鼻坎是一种收缩式消能工,除具有传统窄缝鼻坎的优点外,还具有其他一些优点.结合张河湾抽水蓄能电站下水库泄水建筑物水力学模型试验,对大坝中孔直边墙窄缝鼻坎和曲面贴角窄缝鼻坎进行了对比研究.试验表明,曲面贴角窄缝鼻坎在各特征工况下水舌扩散更加充分,冲刷明显减轻,并且可大幅度降低鼻坎末边墙的高度.曲面贴角窄缝鼻坎可在具有中、高佛氏数水流的泄水孔推广应用.     

窄缝消能与碰撞消能雾化水流研究

窄缝消能是挑流消能的一种特殊形式。本文对窄缝消能的雾化水流特性进行了初步的研究，提出了窄缝消能高速挑射水流的数学模型，同时对窄缝消能的雾流源量进行了分析。此外，本文还对碰撞消能的雾化水流问题进行了初步探讨。     

多股窄长射流入下游水垫塘的水力特性试验

宽尾墩、窄缝挑坎收缩式消能工应用于高拱坝表孔、深孔后,可获得多股窄长射流交错入射水垫塘,实现高拱坝坝身下泄多股水流无碰撞消能。但各股窄长水流间的间距如何影响其消能效果有待进一步研究。采用模型试验的方法在1∶400水工模型上,研究了射流水股间横向间距对水垫塘水力特性的影响。研究结果表明:随着窄长射流横向间距的减小,射流相互干扰掺混,冲击动压的压力峰形态由多峰合并为单峰,冲击动压值增大;冲击动压值随上游水深的增加而增大,随下游水深的增加而减小。     

消力池底板及导墙脉动压力特性试验研究

消力池底板属轻型结构,其结构的振动、抗冲、稳定等均与底板水跃区的水流脉动强度直接相关。依托某工程,对底流消能的消力池底板及导墙脉动压力特性进行了较系统的水力学模型试验研究,通过对水流脉动压力测试数据的综合分析,获得了消力池底板及导墙动水压力的分布规律以及点、面压力脉动的换算关系。研究丰富和发展了消力池及导墙的脉动压力特性研究,可为底流消能形式的水流动力特性深入研究提供科学参考。     

老炉下水库溢流坝工程布置和试验优化

老炉下水库坝址区域岸坡陡峻,为典型的狭谷河段,经水工模型试验对溢流坝消能工进行优化,推荐其采用窄缝式挑坎消能工。介绍了该工程溢流坝窄缝式挑坎体型、窄缝收缩段内动水压强值及其分布、下游河床冲刷特性等试验研究成果,可供类似的工程设计参考。     

溢洪道出口窄缝挑坎特性研究

消能工体型的选择在水利工程设计中至关重要。采用RNG k-ε紊流模型与VOF方法对泄洪过程中溢洪道与水垫塘内的水流进行水气二相流三维数值模拟,研究窄缝型挑坎消能工的水流特点及规律,结果显示,数值模拟计算的水深、水流流态、入水角度等参数与模型试验结果吻合较好,验证了数值模拟的可行性。在此基础上,计算分析了窄缝型挑坎收缩段水流及空中水舌的水力特性,以及水垫塘底板压强分布规律,确定出窄缝型挑坎最大压强所在位置及空中水舌流速变化规律。研究结果表明：窄缝型挑坎束窄水流作用明显,其空中水舌同一横断面的最大流速位置基本相同,同一纵向断面垂向流速差沿程逐渐减小,挑坎收缩段底板处流速大小呈抛物线形分布,而压强分布沿程呈现3个区间3个趋势的分布规律。研究成果可为实际工程中同类型消能工的设计提供参考。     

高含沙泄洪水流的荷载特性试验研究

高含沙水流特性已有较多研究,但主要针对河道中的高含沙渐变水流开展的,而对高含沙河流高坝枢纽泄洪水流荷载特性的研究较少,本文开展了孔板消能工高含沙水流的时均压力和脉动压力特性研究。试验共研究了含沙量从0至300 kg/m~3,流速从1.78 m/s至3.73 m/s,共28组不同工况。结果表明:高含沙泄洪水流的时均和脉动压力的沿程分布规律与清水相同,但幅值变化规律存在差异,相同流速条件下时均压力幅值随含沙量的增加而增加,而脉动压力幅值受含沙量和流速条件的双重影响,随含沙量的增加呈现出先增加后减小的趋势;脉动压力概率密度分布符合正态;频率分布范围受水流条件影响随流速的增加而增加,其中低频分量随含沙量的增加而增加。根据试验结果,提出了高含沙泄洪水流荷载计算的修正方法,该方法对于高含沙枢纽的工程设计有重要参考价值。