宽尾墩-台阶溢流坝三维数值消能流场模拟

宽尾墩-台阶溢流坝消能工是在安康水电站特定的泄洪消能条件下,经过模型试验研究提出的一种先进的消能技术.采用有限体积法离散求解,辅以Realizable κ-ε湍流模型,引入水气两相流的VOF模型,利用几何重建格式非恒定流迭代求解生成自由水面,对几何体型采用结构化和非结构化的网格相结合进行处理,从库区到消力池进行了水气两相流数值模拟.     

宽尾墩一台阶溢流坝三维数值消能流场模拟

宽尾墩一台阶溢流坝消能工是在安康水电站特定的泄洪消能条件下，经过模型试验研究提出的一种先进的消能技术。采用有限体积法离散求解，辅以Realizable κ-ε湍流模型，引入水气两相流的VOF模型，利用几何重建格式非恒定流迭代求解生成自由水面，对几何体型采用结构化和非结构化的网格相结合进行处理，从库区到消力池进行了水气两相流数值模拟。     

太平哨水电站溢流坝闸墩裂缝成因数值分析

应用三维有限元方法对太平哨水电站溢流坝闸墩竖向开裂的原因进行数值分析,计算中主要考虑了温度作用、静水压力、自重及冰压力的影响。通过对裂缝实际发生位置的应力变化规律进行分析,发现大坝在正常挡水情况下,冰压力对闸墩应力的影响很小,不足以使闸墩混凝土开裂;冬季温降荷载对闸墩应力影响很大,很多典型位置拉应力已经超过混凝土抗拉极限值,从而认为温度荷载是闸墩出现裂缝的主要因素。     

丹江口大坝加高溢流坝闸墩结构分析

以丹江口大坝溢流坝边墩为研究对象，通过三维有限元接触问题非线性计算，分析在溢流面加高过程中，不同的溢流面与老闸墩的结合状态下（脱开与不脱开），各阶段包括加高完成后、正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位时闸墩的受力状况、锚筋应力和结合面张开度。计算结果表明：锚筋的无黏接长度以100cm为宜；将边墩162m高程以上加高部分与旁边重力坝段加高部分连成整体，或在结合面张开最大的部位沿竖直向增加一排约束，均可有效减小混凝土竖直向应力，且对抑制结合面张开亦有较大作用。     

铜街子水电站溢流坝闸墩预应力支承结构设计与预应力变位分析

在大型弧门闸室上采用预应力支承结构已成为国内外水电站设计中的发展趋势之一。本文简要介绍了铜街子水电站溢流坝闸墩预应力支承结构设计中考虑的一些主要问题,着重对结构分析过程中所作的三维有限元计算与整体结构模型试验的成果进行综合分析研究、论证和进一步完善结构设计。     

X型宽尾墩与阶梯溢流坝联合消能的三维流场数值模拟

宽尾墩与阶梯溢流坝联合消能是一种新型坝面泄流形式的消能工。由于宽尾墩和阶梯的共同作用，其水流表现为很强的三维特性，水气二相混掺剧烈，目前对其流场的三维数值模拟还未见报道，本文采用双方程紊流模型对X型宽尾墩-阶梯溢流坝联合消能的三维流场进行了全场数值模拟，给出了压力特性、流速分布、阶梯及宽尾墩墩后水气两相流的部分特性，计算结果与模型试验数据对比，两者吻合良好，计算发现，在第一级阶梯脱体处存在负压，随后在试验中得到了验证。研究结果表明，采用X型宽尾墩-阶梯溢流坝联合消能，阶梯坝面上能形成明显的纵、横向旋滚，提高了消能效果。     

金溪电站溢流拱坝水力学试验研究

通过室内物理模型，对金溪一级电站溢洪道水力学问题进行试验研究，提出了满足工程要求的较优的溢流堰体型和二道坝高度。此方案不仅有较好的泄流能力和消能效果，而且节省了工程投资。     

闸下应用废旧轮胎消能防冲的三维数学模型建立

水闸冲刷问题是水利工程中普遍存在的问题,诸多研究人员对该问题进行了系统地研究,研究结果显示使用汽车的废旧轮胎对海漫段增大糙率,可以起到减少冲刷的作用。通过对比分析不同的湍流模型、数值计算方法、网格划分尺度、壁面处理方法,最终采用RNG k-ε湍流模型、PISO算法,将整个流场划分为67.27万网格,选择标准壁面函数对流场进行模拟计算。计算结果与模型试验实测结果吻合较好,说明模型能更好地用于加糙后的流场模拟计算。     

调压室阻抗孔修圆三维数值计算

为实现物理模型与数值计算的互补,采用k-ε紊流数学模型对阻抗孔修圆进行三维数值计算,得到阻抗孔与调压室底板连接处和与底部流道连接处不同修圆半径时流入、流出大井的阻抗系数,并将阻抗孔未修圆时的计算值与实测值进行对比分析。计算结果表明:阻抗孔未修圆时水流进入阻抗孔后发生突缩,流速分布不均,中间大、周边小,阻抗系数相对较大;阻抗孔修圆后突缩效应明显减弱,水流较为平顺、均匀,阻抗系数明显减小。阻抗孔修圆优化减小了突缩损失,能够有效减小阻抗系数,即可增大阻抗孔的流量系数。     

三峡溢流坝段动力模型试验研究

利用大型三向六自由度地震模拟振动台，对我国三峡工程溢流坝段进行了动力模型试验，试验真实模拟了复杂的大坝结构及坝体与库水的动力相互作用。在全面分析了大坝的动力特性其在多类地震输入下的地震反应后，对大坝的抗震安全性作出评估，得出了一些可作为设计今年依据的有益结论。     

Numerical simulation of flow past circular duct

The Renormalization Group(RNG)k-ε turbulence model and Volume of Fluid(VOF)method were employed to simulate the flow past a circular duct in order to obtain and analyze hydraulic parameters.According to various upper and bottom gap ratios,the force on the duct was calculated.When the bottom gap ratio is 0,the drag force coefficient,lift force coefficient,and composite force reach their maximum values,and the azimuth reaches its minimum.With an increase of the bottom gap ratio from 0 to 1,the drag force coefficient and composite force decrease sharply,and the lift force coefficient does not decreases so much,but the azimuth increases dramatically.With a continuous increase of the bottom gap ratio from 1 upward,the drag force coefficient,lift force coefficient,composite force,and azimuth vary little.Thus,the bottom gap ratio is the key factor influencing the force on the circular duct.When the bottom gap ratio is less than 1,the upper gap ratio has a remarkable influence on the force of the circular duct.When the bottom gap ratio is greater than 1,the variation of the upper gap ratio has little influence on the force of the circular duct.     

双浅水垫消力池水力特性的数值模拟与试验研究

结合大渡河泸定水电站右岸2#泄洪洞出口消力池体型优化试验,在一般浅水垫消力池体型的基础上,提出了一种双浅水垫消力池的新体型。为了深入探究该型消力池的消能机理及其水力特性,采用三维RNGk-ε紊流模型对双浅水垫消力池进行了数值模拟计算研究,并与传统的底流消力池及单浅水垫消力池(跌坎式)的数值计算结果进行了对比分析。结果表明,双浅水垫消力池更能充分发挥浅水垫的"垫层"作用,能有效地降低消力池临底流速,水跃流态更好且稳定,消能效果较佳;同时,消力池底板动水压力分布也更加均匀,对消力池稳定性和安全有利。     

黄河大柳树—沙坡头河段典型弯道水流运动平面二维数值模拟

建立了适体坐标系下的平面二维紊流水流数学模型,对黄河在宁夏回族自治区中卫市境内的大柳树—沙坡头河段典型弯道的水流运动进行数值模拟。为了反映弯道环流的影响,对动量方程进行修正,紊流模型采用修正的RNGk-ε模型。通过对黄河大柳树—沙坡头河段连续弯道水流运动数值计算结果与实测结果的对比分析,表明该模型能够准确地模拟具有复杂地形的天然河流弯道中的水流运动。利用所建立的模型计算了4种典型工况下水面的纵比降和横比降,得到一些有益的结论。     

淤地坝坝面过水试验研究

作者提出应用土工膜衬护,直接在淤地坝坝面设置溢洪道的坝面过水技术方案,并以宋家沟试验淤地坝为依托工程,进行了现场大型试验.试验研究了平底式与阶梯式两种过水方案.试验结果表明：同等条件下,平底式方案末端最高流速达10.7m/s,而阶梯式方案则为3.1m/s,说明阶梯式方案具有较好的消能作用;在上述流速下,两种方案的结构整体稳定,说明土工膜的铺设结构形式与固定方法是合适的;从耐磨抗冲刷性能看,土工膜抗碎石的耐磨性尚待进一步研究;从施工难度、土工膜用量和成本等方面比较,平底方案具有较大的优越性.     

土石坝漫顶过程水力特性分析

土石坝漫顶过程极其复杂,溃决过程研究成果存在诸多争议。采用标准k~ε紊流模型和VOF方法对土石坝水流漫顶过程进行了水气两相流数值模拟,对漫顶过程水流流态、流速分布等进行了详细分析,揭示了坝面切应力分布规律。该规律的发现可以用于解释笔者先前提出的"落点冲蚀"猜想及"剪剥式"冲蚀理论,即漫顶条件下最先发生冲蚀的部位可能在坝坡中上部,漫顶冲蚀以台阶式冲蚀为溃决的主要特征。     

土石坝和堰塞坝溃决机理与溃坝数学模型研究进展

土石坝溃坝机理与溃坝数学模型研究对于预测溃坝洪水致灾过程和致灾后果具有重要的意义。为此,概要介绍了国内外在土石坝溃决机理与溃坝过程数学模型方面的研究进展,特别是笔者研究团队近年来在该领域的最新研究成果,表明以笔者研究团队为代表的国内专家学者,在高土石坝溃坝离心模型试验技术,高心墙坝、面板坝及堰塞坝溃决机理和溃坝过程模拟理论研究方面走在了世界前列。但在土石坝溃坝过程模拟计算机软件的通用性以及溃坝致灾过程的可视化技术方面与欧美国家相比,仍有相当大的差距。建议今后应加大精细模拟高心墙坝、高面板坝溃坝过程数学模型的研究力度,注重可视化技术在溃坝过程模拟中的应用,加快研制通用性友好,能精细模拟土石坝溃坝及其致灾过程的可视化计算机软件。