小底坡泄洪洞掺气减蚀设施体型试验研究

本文以大渡河金川水电站泄洪洞为例,通过闸门不同开度,对泄洪洞掺气设施体型的试验研究比较,得出了适合小底坡泄洪洞的掺气设计体型,其不仅能形成稳定的进气空腔,较好地解决了空腔的回水问题,而且对水流干扰很小,不影响洞内水流流态。     

新疆某工程表孔溢洪洞水工模型试验研究

通过建立表孔溢洪洞减压模型试验,在不同水位泄流条件下,对泄洪洞的进口段、竖井段的水流流态、动水压力、水流空化数进行观测分析,试验结果显示:进口为稳定的溢流堰自由泄流,进口及竖井水流流态较好,溢流堰跌坎及竖井环形掺气坎后均能形成稳定的掺气空腔;溢流堰面、竖井内的压力分布合理;水流空化数均满足规范要求,不会发生空化水流。     

小湾水电站泄洪洞水力学问题试验和数值模拟研究

岸边泄洪洞为小湾水电站3套泄洪设施之一，上游水位和泄洪洞出口挑流鼻坎落差超过200m。最大泄量达到3881m^3／s，具有典型的高水头大流量特点，泄洪水力学问题十分突出。采用三维数值模拟和1：35局部模型试验相结合的方法，对小湾泄洪洞新方案进行研究和优化，结果表明：泄洪洞长有压段进口体型布置基本合理；该设计方案明流段反弧末端掺气坎和明流直线段第一道掺气坎由于坎高和水流Fr数较小的原因，难于形成稳定的掺气空腔。通过降低泄洪洞反弧末端高程，提高水流Fr数以及在掺气坎下增设二级坡的方法，解决了难于形成掺气空腔的问题。     

挑坎掺气在岔河水库溢洪道中的应用研究

对于中、高水头泄水建筑物,空化水流易诱发结构空蚀破坏。基于岔河水库溢洪道原设计体型,通过模型试验,研究在泄槽抛物线段上、下游侧增设不同体型掺气坎对空化水流的影响。成果表明:挑坎布置于下游侧,散水现象明显,随流量增大,下游泄槽流态恶化。挑坎布置于上游侧(挑角5°、坎高Δ=0.40 m),未掺气时,坎后射流空腔内充满回水,呈负压状态;下游泄槽空穴数上升,水流流态较为平顺;坎高增加,空穴数反而减小;强迫掺气条件下,坎后能够形成稳定的射流空腔,随挑坎高度增加,空穴数变化并不明显,泄槽水流流态反而更趋紊乱。     

泄洪洞工作闸室及陡坡明渠段体型优化数值模拟

对九甸峡水电站右岸泄洪洞工作闸室,包括圆直段、圆变方段、方洞段、弧形闸门段、渐变段和明渠段流场进行了数值模拟。获得了水面线、压力、空化数、流速等水力要素。成功捕捉到了压力洞出口处的水翅、突扩跌坎处侧空腔和底空腔。计算结果与实测数据符合较好,根据计算结果,提出了能解决原方案负压区严重和明渠陡坡空蚀破坏问题的泄洪洞体型修改方案。     

溪洛渡水电站大型泄洪洞龙落尾掺气减蚀设计优化研究

溪洛渡水电站泄洪洞龙落尾段沿程水流流速增加,压强和空化数沿程降低,相应带来空蚀破坏问题。为了达到较好的掺气减蚀效果,采用物理模型试验研究方法,对龙落尾段底板挑坎+突跌及侧墙收缩体型进行了研究,研究了底板掺气空腔与侧墙掺气空腔之间的相互关系。在确定底板掺气体型下,对侧墙掺气进行了详细研究,以保障掺气设施下游侧良好的水流流态和稳定的掺气空腔形态,对底板和侧墙起到保护作用。     

水电站导流泄洪洞水工模型试验研究

对导流泄洪洞进口段流速,进口段流态以及导流泄洪洞的泄流能力进行了科学性的测量和研究,为工程的安全和优化设计提供科学依据。本模型试验还利用观察到的现象及测得的数据对进口段体型进行了优化修改。     

平板闸门槽串水状态下的水力特性研究

以观音岩水电站1号导流底孔为例,通过模型试验从水流流态、泄流能力和水流空化特性等方面对矩形门槽发生串水流动时的水力特性进行了试验研究。试验结果表明平板闸门门槽串水与底孔主流形成的双向交汇水流流态复杂。高水位泄流时,常压状态下底孔呈满流流态,门槽串水仅引起局部水流分离;相似真空状态下底孔封堵门槽下游呈明流流态,而且底孔的过流能力明显减小,同一库水位相似真空状态下底孔泄流能力较常压状态下的泄流能力下降达5%以上。经门槽的竖向水流加剧门槽下游角隅水流分离,恶化门槽段的水流空化环境,致使门槽段更容发生空化水流。     

清河水库第二泄洪洞进口体型优化研究

泄洪洞进口体型对过流的水流流态具有一定的影响,因此对进口体型进行优化设计极为必要。文章以辽宁省清河水库第二泄洪洞为例,利用数值模拟的方法对进水口体型优化设计展开研究,通过对不同进口体型下的水流流态和门槽空化数的综合对比分析,建议选用矩形截面进口体型。     

双河水库溢洪道水力特性试验研究

受地形限制,双河水库溢洪道进口段形式较为复杂,致使控制段横向水深分布极为不均、泄槽段出现明显菱形冲击波及横向水面差。为改善溢洪道的水流流态,对进口导墙布置及控制段闸墩体型进行局部修改。修改后,控制段及泄槽水流流态得到了明显改善。试验成果对类似的工程设计具有参考借鉴意义。     

石砭峪水库泄洪洞复合圆弧曲线弯管水力特性试验研究

石砭峪水为泄洪洞弯段布置为大底坡急流弯道，为调整其水流流态，进行了水工模型试验。根据隧洞已开挖的现状，又要较好的控制洞内水流流态，试验中曾对弯道体型进行了多次修改比较，其中复合圆复弧变道体型较好的控制了急流弯道水流流态。本文结合该工程试验研究，着重对复合圆弧弯道水流特性及其控制急流效果进行了阐述。并提出了急流弯道的初步选型方法。     

苗家坝水电站溢洪洞掺气设施的试验研究

针对溢洪洞掺气槽的位置、体型以及渐变段的体型进行了5个大方案的试验研究和论证分析,提出的推荐方案具有流态好、便于施工、空腔水舌稳定、掺气槽内无积水及掺气浓度较大等优点,解决了溢洪洞的掺气问题,满足了设计要求.     

侧槽溢洪道缓直缓弯调整段水力特性研究

通常情况下,为了改善侧槽溢洪道泄槽的水力特性,将侧槽后调整段的底板设计为缓坡或平坡,并在末端设置升坎或台堰,使调整段的水流处于缓流状态下。分析了影响泄槽流态的因素：① 侧槽复杂的来流条件;② 受弯道本身体型的影响。结合侧槽溢洪道水工模型试验,在侧槽底板上加设间隔式消能墩,并改善侧槽与调整段泄槽边墙和底板的衔接方式,从而使缓直、缓弯调整段的水流处于临界流状态下,这样不仅改善了调整段和整个泄槽的水流流态,使其水流相对平稳平顺,而且还大大降低了水深,减少了泄槽的开挖工程量,节省了工程投资。     

弧形闸门突扩突跌出口掺气设施体型研究

基于物理模型实验,对弧形闸门突扩突跌出口掺气设施的体型及其影响因素进行了详细的研究。试验结果说明:突扩突跌掺气设施形成复杂的水流流态,向上扩散的水流形成水翅,回到正常水面后,在其下游又会激起冲击波,向下扩散的水流形成水帘,增加底空腔的回溯水流;底空腔的长度与跌坎、挑坎的高低、下游泄槽坡度均呈正相关关系,但泄槽坡度越陡,下游泄槽水翅越严重;侧空腔的长度与侧扩宽度呈正相关关系,但与下游泄槽水翅的严重程度呈反相关关系。     

浅谈旋流竖井泄洪洞涡室的优化试验

旋流竖井泄洪洞上平段与涡室的衔接良好与否对于竖井涡室内水流流态具有非常大的影响,如果设计不好将降低竖井壁面的抗空蚀空化能力,并且也将对竖井中心空腔的稳定造成影响。结合某工程旋流竖井泄洪洞,针对其上平段壅水以及涡室水流流态较差等问题,对其上平段与涡室的衔接进行了一系列的优化调整,最终实现了上平段与涡室水流的良好衔接,并且保证了竖井中心空腔的稳定。     

泄洪洞中闸室出口侧墙掺气体型研究

为消除中闸室出口侧墙上的掺气盲区并且改善水流流态,该文提出了突扩-渐扩侧掺气体型。采用RNG k-ε紊流模型对此掺气体型进行数值模拟,获得了侧墙上水流流态、压力分布以及水翅强度等水力特性。利用物理模型试验对计算结果进行验证,计算结果具有可靠性。结果表明:出闸水流弗劳德数一定时,侧墙突扩宽度和渐扩长度是影响水翅强度的主要因素,突扩宽度越大或渐扩长度越短,水翅强度越大;侧墙压力中心主要是由出闸水流冲击泄洪洞底板造成的;此掺气体型能形成稳定侧空腔并且侧墙上无负压产生,能够有效避免空化空蚀。     

泄洪洞掺气水流模型试验研究

通过1：20大比尺掺气水工模型试验，对小浪底3号孔板泄洪洞中闸室流态、通风情况、压力、掺气浓度等进行了观测和研究。成果表明，泄洪洞在正常运行情况下，通气情况良好，但侧空腔较小，导水板下方及稍后部位存在掺气浓度为零的清水区域，该部位极易产生空蚀破坏；在中闸室范围内底部水汉掺气已具有一定减蚀保护作用。     

龙抬头水电站泄洪洞水力特性研究

针对青海省某大型水电站龙抬头泄洪洞工程,采用计算流体力学软件Flow-3D,应用RNG k-ε紊流模型、VOF方法,对泄洪洞整体水力特性进行三维数值模拟研究,得到泄洪洞闸室、龙抬头段、挑坎等部位水流流态、壁面压强、水流流速等水力参数。将部分数值模拟结果同整体水工模型试验实测结果进行比较,两者吻合良好。数值模拟及试验成果显示,泄洪洞闸室合理设置突扩突跌设施可有效掺气、利于减蚀,龙抬头段水流流态平稳无突变、壁面无负压;而且,扭曲斜切挑坎有利于挑射水流归槽,可避免水流冲刷对向河岸,泄洪洞体型设计合理。研究表明,数值模拟与理论研究结果接近,可靠度较高,可为类似工程设计提供参考。     

泄洪洞龙落尾段流态控制的试验研究

龙落尾泄洪洞由于大部分泄洪洞段都处于相对较低的水头,近年来在大型水电工程中有良好的应用。然而,在龙落尾段,坡度大,流速高,为减免空蚀破坏设置掺气设施是必要的。该文以某大型水电工程为对象,运用物理模型试验,通过13个方案,包括底部掺气设施的结构形式,折流器和侧扩两类侧墙掺气方式,以及文中推出的一种后退式侧墙掺气结构,对全断面掺气设施可能导致的水翅危害,水面的局部雍高等不良流态进行了专门研究。结果表明:对于侧墙掺气设施,折流器类掺气比侧扩掺气对流态干扰更大;在满足下游合理的掺气浓度条件下,减小底部挑坎坎高和挑角能够改善水流表面的局部雍高;后退式侧墙掺气设施结构由于上移了侧空腔尾部的位置,可以有效地改善侧掺气设施引起的水翅危害。     

河口村水库泄洪洞水工模型试验研究

为验证河口村水库泄洪洞布置方案的合理性和优化的可能性,根据重力相似准则,采用1∶40的单体正态模型系统研究了泄洪洞泄流能力、水流流态、压力分布、空化空蚀、进出口体形等。尝试采用不同挑流鼻坎形式来消除2#洞内起挑前跃后水流局部封顶现象,并提出有利于消能防冲的鼻坎形式。根据试验结果,1#泄洪洞采用中墩修改体形能有效规避宽墩后水冠冲击洞顶的不利流态,同时2#泄洪洞挑流鼻坎采用修改体形可有效解决起挑前跃后水流局部封顶现象。