高坝挑流掺气水舌对水垫塘动水压强的缩尺影响

应用动量积分法，导出掺气水舌的一维扩散方程，用龙格库塔法求解，得到掺气水舌在水垫塘中扩散的流速分布，表明增大水舌掺气量会使水舌在水垫塘中的扩散流速衰减加快；分析得到掺气对水垫塘底板动水压强的缩尺影响的估算公式。对前苏联拉得任水垫塘原型观测资料进行验证计算，并对小湾工程、溪落渡水垫塘掺气缩尺影响进行了估算。研究表明比尺为100-150的重力相似模型中，水垫塘底板动水压强缩尺为λ△p=1/3-(λφ)^2。     

多层水股射流在水垫塘内的流动-特征与动水垫效应分析

多层水股在水垫塘内的流动特征及其各水股间的干扰、碰撞和动水垫效应等对探明水垫塘的消能机理和体型优化设计具有重要的意义．本文利用激光片光源和荧光染色液技术，对静水和动水垫中的射流进行了流场显示试验，并通过射流在动水中的流动特征和淹没冲击射流理论，分析了多层水股在水垫塘内的流动机理和动水垫效应，导出的有关公式得到了试验资料的验证     

多层水股射流在水垫塘内的流动-特征与动水垫效应分析

多层水股在水垫塘内的流动特征及其各水股间的干扰、碰撞和动水垫效应等对探明水垫塘的消能机理和体型优化设计具有重要的意义.本文利用激光片光源和荧光染色液技术，对静水和动水垫中的射流进行了流场显示试验，并通过射流在动水中的流动特征和淹没冲击射流理论，分析了多层水股在水垫塘内的流动机理和动水垫效应，导出的有关公式得到了试验资料的验证     

挑流水垫塘三维流场数值模拟

平面射流理论揭示了射流的主要特征,但在实际工程中水流紊动扩散是在三维空间内发生。应用标准k～ε紊流模型对某工程水垫塘流场进行了三维数值模拟研究,并用模型实验中得到的实测数据和冲坑形态对分析结果进行了验证。实践证明,数值模拟结果较好地反映了实际情况,为体形相似的水垫塘流态分析提供了依据。     

挑跌流水垫塘内流态结构控制参数与冲击压力变化规律实验研究

为了探求更简单合理的水垫塘设计控制参数，本文通过实验研究，系统观测了不同来流条件和水垫深度条件下，水垫塘内的流态特征和冲击压力的变化规律，提出了表征挑跌流水垫塘内淹没冲击射流流态结构的控制参数，揭示了影响淹没冲击射流对水垫塘底板冲击压力的主要因素，并建立了经验关系式，可为水垫塘消能防护设计提供实验依据。     

水垫塘冲击区掺气浓度对脉动压强作用的试验研究

采用水工模型试验,研究泄流进入水垫塘后在水垫塘底板冲击区内掺气浓度对脉动压强的作用。通过改变掺气量,使水垫塘内水体的掺气浓度发生变化,开展不同的掺气浓度对水垫塘冲击区底板脉动压强影响的研究。结果表明:在保持水垫深度和泄流流量不变的情况下,增加掺气量,水垫塘冲击区同一测点水体掺气浓度值随掺气量的增加而增加。水垫塘冲击区内掺气浓度分布规律为在冲击点处达到最大值,由冲击点向上、下游递减;冲击区底板总动水压强的峰值随掺气量的增加而降低;脉动压强的方差值随掺气量的增加而减小,即脉动变幅减小。脉动压强的概率密度分布为正态分布,分布曲线随掺气量的增加而变陡、变窄,脉动强度系数分布集中,即方差变小,压强峰值减小,脉动强度减小。同一测点脉动压强的频谱分布规律一致,其优势频率集中在低频范围,随掺气量的增加,脉动幅值降低,即脉动压强降低。     

挑跌流水垫塘透水底板水动力特性试验研究

结合具体工程模型试验,研究了水垫塘透水底板不同开孔率对上举力的影响.结果表明:在采用透水底板这一新型消能方式减小底板上举力的情况下,不同的开孔率对水垫塘不同位置的底板上举力会产生影响,同时还分析研究了脉动压力空间积分尺度与水垫塘底板上举力的关系,并根据试验的实测数据提出了本工程上举力的预测公式.文中所阐述的透水孔开孔率对不同位置底板上举力的影响趋势,可为同类工程中透水底板的设计与施工提供一定的参考.     

冲刷物理模型试验的比尺效应研究

冲刷物理模型试验的比尺效应主要是由模型沙不满足泥沙运动相似的要求所产生。因此在将试验结果外推到原型时会产生较大偏差。全面分析了系列模型实验法、经验公式法和相似模型试验法减少或者消除比尺效应的优缺点;提出了经验公式用于分析试验结果的偏差程度。认为满足泥沙起动相似和动床阻力相似是冲刷物理模型设计和模型沙选用的重要原则。     

肋形溢流坝与挑流水垫塘研究

以某260m高坝的30000m^3／s大泄量挑流水垫塘工程为背景，采用1：100水工模型．使用肋形溢流坝概念研究表、中、底孔消能工的合理形式和配置，大大减轻了挑流水垫塘的负荷，从而充分发挥水垫塘消能和调整流态的作用．同时，采用各种测试手段和方法弄清了挑流水垫塘的工作机理和底板稳定因素，从而提出了底板设计建议以及优化途径．     

变缝宽异型构造底板脉动压力特性试验

在水利工程中,水垫塘是大坝的重要安全防护设施之一,在高速水流冲击下,水垫塘的安全与稳定关系到大坝能否正常运行。以某消力塘水工模型试验为背景,结合模型试验结果,对比分析了不同缝隙宽度对底板下表面脉动压力特性的影响。研究表明:在水跃稳定区,带键槽底板下表面的脉动压强系数会随着键槽间的缝隙宽度的增大而增大,带键槽底板概率密度分布图的正态性较好;当键槽缝隙宽度增大时,带键槽底板可能产生的最大脉动上举力有所减小;对于相同测点,键槽缝隙宽度越大,下表面缝隙涡旋的平均尺度和脉动压力空间积分尺度都越大;随着键槽缝隙宽度变小,带键槽底板下表面的脉动能量更加集中于低频。     

白山水电站水垫塘底板块脉动上举力试验研究

在1:35的白山水电站水垫塘消能布置的整体模型上, 利用测力传感器详细地量测了不同泄流工况下, 水垫塘底部不同位置处底板块上的脉动上举力, 获得了脉动上举力的统计资料, 分析了水垫塘底部不同区底板块的受力特征. 模型计算结果与基于瞬变流理论建立的预报公式计算结果十分吻合. 为水垫塘底板块的设计与防护提供了科学依据.     

水垫塘内淹没冲击射流中的大尺度涡结构及其特征

高坝下游水垫塘消能与防护问题目前尚未得到妥善解决。本文应用现代紊流理论的观点，对水垫塘内的复杂流动结构进行了系统的研究，对主射流区的大尺度涡体和壁射流区的紊动涡体的拟序结构进行了分析，从紊流力学的角度对脉动压力的起源及水垫塘内水体能量的转移与耗散做了机理性解释，为高坝下游水垫塘的消能与防护的进一步研究提供了理论依据。     

水垫塘内冲击射流特证及其对岩石河床的冲刷

本文详细地分析了水垫塘内淹没冲击射流的基本特征，针对不同性质的流动区域，首次提出采用不同的岩块起动判别条件。     

平底水垫塘透水底板下表面脉动压力试验研究

基于模型试验结果,研究了平底水垫塘透水底板下表面的脉动压力特性,分析了不透水底板及透水底板不同开孔率情况下的下表面脉动压力的分布规律、概率特性以及互相关特性和频谱特性。分析结果表明：在水舌冲击区,脉动压强系数随着开孔率的增大而增大;互相关系数随着开孔率的增加而略有减小,其旋涡保持性有所降低;透水底板较不透水底板下表面的脉动能量更加集中于低频。     

掺气分流墩设施水力特性的试验研究

掺气分流墩设施是设在陡坡急流中的大型分流墩。该分流墩将贴壁急流转变成为充分扩散、四面临空、剧烈紊动、充分掺气的水流。水舌在空中碰撞、混掺、碎烈、水滴化,大大增加了水流与空气的接触面。水流进入消力池时,入池单宽流量减小;消力池水流流态受下游水深控制,可以分为四种流态。该设施的最优收缩比范围为0.5~0.7。墩头脉动壁压满足重力相似,优势频率不满足重力相似且fr =1 ,墩头脉动壁压优势频率在 0.1~0.388Hz之间,远小于墩头自振频率。掺气分流墩属超空化体型,不会发生空蚀破坏。掺气分流墩设施的水舌掺气核心区长度仅为普通二元水舌核心区长度的 1/5~1/2,最小平均含水率仅为普通二元水舌的 14%,当S/h >20时,βsm 逐渐趋于0.1,已为水滴化状态。消力池掺气充分。当λ=0.5 时,消力池底板压强系数减少了约30%。与普通二元水舌消力池比较,水跃长度可缩短1/3,跃后水深可降低1/5,消能率提高了(6~16)%。