高重力坝防冲建筑物体型参数对水力特性的影响

高重力坝防冲建筑物体型参数的选取决定了泄洪消能水流的水力特性,从而影响水电站的安全运行。采用水工模型试验的方法,研究了防冲建筑物体型参数对水流的水力特性影响规律。研究结果表明：水垫塘长度的减小,使塘内淹没冲击射流的扩散空间减小、冲击区的紊动增强,导致塘内底板时均压强谷值减小、脉动压强均方根峰值增大、底板安全风险增大;二级消力池池长的减小,使出池临底流速增大、下游冲刷风险增大;二道坝高度的降低,导致水垫塘底板沿程时均压强减小、脉动压力均方根峰值增大、底板安全风险增大,同时导致二级消力池内水跃收缩断面水深增加、跃首区临底流速降低、紊动强度降低、脉动压力均方根峰值减小,但出池临底流速增大。     

台阶式溢洪道水流压强特性试验研究

为探讨台阶式溢洪道水流压强特性,结合青藏高原某水库,采用物理模型试验方法对高海拔地区台阶式溢洪道时均压强、脉动压强等特性进行了系统研究。结果表明:台阶式溢洪道水平面时均压强和脉动压强变化规律基本一致,从台阶凹角向凸角方向先有所减小,后逐渐增大,当流量较小时,时均压强在初始台阶会出现负值;台阶竖直面负压区范围超过整个台阶高度的一半,脉动压强在台阶顶角处较大;台阶式溢洪道时均压强和脉动压强沿程交替出现波峰和波谷,呈波浪状变化,总体上随流量的增大而增大,改变台阶尺寸,其值也发生变化;台阶式溢洪道脉动压强是随时间变化的平稳各态历经的随机过程,脉动优势频率为0~2 Hz,属低频振动,其概率密度为偏态分布,不会危害泄水建筑物安全。     

某水库台阶式溢洪道脉动压强特性研究

台阶式溢洪道水流流态复杂,其水流脉动直接影响到水利工程的安全,为论证某水库台阶式溢洪道的安全性,采用物理模型试验方法,对台阶式溢洪道脉动压强特性进行研究。结果表明,台阶式溢洪道底板脉动压强是随时间变化的平稳随机过程;脉动压强强度在台阶凹角和中点处相差不大,从台阶面中点向凸角处逐渐增大;脉动压强强度沿程交替出现波峰和波谷,呈波浪状变化,并随流量的增加而增大;台阶式溢洪道脉动优势频率主要集中在0~2 Hz,属低频振动。研究成果可为类似工程的优化设计提供参考。     

不同掺气条件下底板水流脉动压强特性研究

针对水流掺气后对脉动压强特性的改变问题,基于矩形陡槽水工模型试验结果,分析了不同掺气设施及不同通气方式泄槽底板的脉动压力标准差沿程变化规律。分析结果表明,自掺气底板水流脉动压强沿程变化平稳;强迫掺气底板水流脉动压力明显增大,并在水舌冲击区呈单峰规律;单独底坎、单独侧坎和底侧联合坎三种掺气设施中,单独侧坎掺气对底板水流脉动压强影响最小。另外同种掺气设施下,增大流量、增大通气孔面积和采用分散进气方式都会增大泄槽底板的脉动压强。     

突扩式跌坎消力池脉动压强特性

基于模型试验结果,研究突扩式跌坎消力池底板脉动压强特性,分析突扩式跌坎消力池及非突扩跌坎消力池底板脉动压强的幅值特性、相关特性和频谱特性。分析结果表明：突扩式和非突扩跌坎消力池底板脉动压强最大值均出现在池首位置,且呈沿程衰减趋势;突扩式跌坎消力池能显著降低底板的脉动压强水平,突扩比1.3时最大值降低了63%,突扩比1.6时最大值降低了42%;突扩式和非突扩跌坎消力池底板脉动压强概率密度基本符合正态分布;在冲击区,突扩式跌坎消力池底板脉动压强空间积分尺度较非突扩式有显著降低,即其消力池内涡旋保持性有所降低;与非突扩式相比,突扩式跌坎消力池底板冲击区脉动压强优势频率向高频移动     

台阶式溢洪道滑行水流压强特性的试验研究

模型试验表明，台阶式溢洪道滑行水流压强在台阶上的分布规律是：在水平面，压强从台阶凹角向凸角先逐渐减小，其最小值在距凹角(0．3～0．5)倍步长处，然后开始回升，至(0．7～0．9)倍步长处压强升至最大，在凸角处又有所降低。竖直面，从凹角向上压强值由大逐渐减小，在步高为(0．5～1．0)范围内为负压区，负压值沿高度方向逐渐增大，至凸角下缘负压值最大。在沿程方向，压强呈波浪式分布，在相邻台阶上出现波峰和波谷。脉动压强强度和压强系数的变化规律与时均压强一致，且随来流量和台阶坡度增大而增大，在x／L1≤0．4～0．5以前脉动压强强度沿程增大，随后有所减小。脉动压强的优势频率在0～2Hz之间，概率密度为偏态分布。     

突扩边墙对扩散式泄槽底流消能水力特性影响研究

为了降低出口单宽流量,减轻下游消能压力,高水头泄水建筑物常在出口段设置扩散式泄槽。文章通过水工模型试验,研究在消力池一定跌坎深度、边墙不同突扩宽度下,扩散式泄槽跌扩型底流消能底板临底流速、时均动水压强以及动水压强峰峰值的变化规律。研究结果表明:消力池宽度从20cm(扩散式泄槽末端宽度)突扩至30cm时,底板临底流速、冲击区附近底板动水压强峰峰值最大,时均动水压强最低;消力池宽度突扩至35cm时,底板临底流速、冲击区附近底板动水压强峰峰值均明显降低,但底板时均动水压强有所增加;消力池宽度继续增大至40cm时,底板临底流速、动水压强等水力特性变化已不明显。     

跌坎消力池水力特性试验研究

为研究跌坎消力池水力特性,基于某工程1:50水力学模型试验,对跌坎与非跌坎消力池临底流速、时均压强、脉动压强与空间积分尺度进行了对比分析.结果表明,在试验范围内,跌坎消力池底板最大临底流速降低了38.5％;最大时均压强降低了 30％;最大脉动压强均方根降低了50％;最小空间积分尺度增大了75％.随着入池水流流量的增大,上述水力学指标变化的幅度呈增大的趋势.从底板安全的角度,跌坎消力池比非跌坎消力池显现出了更为优良的特性.     

橡胶坝和WES堰下泄水流脉动压强研究

通过试验,对橡胶坝与WES堰在不同的消力池长度、不同的消力池尾坎高度、不同的流量工况下下泄水流的脉动压强进行分析,研究橡胶坝与WES堰下泄水流与上游来水流量及下游消力池状况的关系。结果表明:随着流量的增大,橡胶坝与WES堰脉动压强时均值增大,但橡胶坝相对WES堰脉动压强波动较大;橡胶坝与WES堰的脉动压强最大值都发生在消力池的尾坎。     

跌坎突扩型消力池脉动压力大涡模拟研究

针对跌坎突扩型消力池底板脉动压力分布较为复杂等问题,基于FLOW-3D软件,采用大涡模型和tru VOF法,模拟得出消力池底板的时均压强、脉动压强均方根、功率谱密度等时均量和脉动量特性,并将模拟结果与试验结果进行对比分析.结果表明:大涡模型能够较好模拟跌坎突扩型消力池底板的水流脉动压力,消力池内水跃区脉动压力主要受低频...     

索风营水电站泄洪消能水力特性试验研究

为缩短工期，提高工效，索风营水电站采用宽尾墩 台阶坝面 消力池的联合泄洪消能形式。通过三种不同比尺的模型试验，分析比较了枢纽布置、表孔泄流能力、宽尾墩、台阶坝面及下游消能防冲等问题，提出了X形宽尾墩，它具有传统宽尾墩大单宽泄洪消能作用，同时又有台阶坝面小流量消能作用，使消力池底板承受冲击压强减小30％。     

跌坎消力池脉动压强试验

为了对跌坎消力池的水动力特性作更深入的研究,为跌坎消力池的设计防护提供参考,基于模型试验对跌坎消力池脉动压强的分布规律、幅值特性和频谱特性进行了系统研究。结果表明:水流条件是影响脉动压强的主要因素,跌坎消力池底板脉动压强系数沿程呈先增大后减小并逐渐趋于稳定的趋势;跌坎消力池底板中线和靠近边墙的脉动压强相当,脉动压强最大达到总水头的5.1%;跌坎消力池前端位于泄槽边墙延长线附近区域的脉动压强最大,最大达到总水头的11.5%;跌坎消力池前端中线的脉动压强比传统消力池有明显降低,最大降幅达55.2%。     

掺气坎角度对溢流坝阶梯面掺气空腔的影响

在宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化消能工中利用前置掺气坎连接WES曲面与阶梯溢流坝,能有效增加阶梯面掺气,避免阶梯遭受空化空蚀破坏。主要引用水气两相流VOF方法的RNG k-ε模型,采用几何重建方式对水气面附近进行插值以及利用PISO算法和非定常流算法进行数值模拟,模拟前置掺气坎角度8°,10°和11.3°时阶梯溢流坝上坎后掺气空腔长度及阶梯面压力分布,模拟范围从库区至消力池尾部。为验证模拟计算的可靠性,对阶梯溢流坝坎后掺气空腔进行模型试验,通过坎后空腔长度模拟值与实测值的对比分析,发现两者吻合较好,最大偏差为7.9%。模拟结果表明,掺气空腔长度随前置掺气坎角度的增加而增加,阶梯近壁面最大负压绝对值及压力随前置掺气坎角度的增加而增加且负压分布范围逐渐扩大。     

跌坎对消力池水力特性影响的试验研究

为研究跌坎在底流消能中的作用,依托某工程水力学模型,研究了跌坎对消力池内水流流态、临底流速及脉动压强的影响。结果表明:在来流量一定的情况下,随着跌坎高度的增加,消力池内流态会由底流依次演变为淹没混合流及淹没面流流态。加设跌坎可显著降低消力池前半段的临底流速,且跌坎越高,最大临底流速降幅越大,跌坎对消力池后半段的临底流速基本无影响;跌坎对脉动压强影响较大,随跌坎高度的增加,最大脉动压强先增大后减小;加设跌坎后,脉动压强和临底流速沿程先增大后减小,且脉动压力和临底流速的最大值位置基本在同一区域。     

某水库岸边溢洪道体型优化试验研究

结合某中低水头水库工程的岸边溢洪道,以水流流态衔接、减小消力池规模为控制指标,采用物理模型试验比较了采用"光滑溢洪道+底流消力池"与"前置掺气坎式阶梯溢洪道+底流消力池"两种消能方案的优劣,对不同布置方案在不同运行工况下的水流流态、入池流速与消能率等水力学指标进行详细对比分析。研究成果表明:采用前置掺气坎式阶梯溢洪道后,消力池长度能缩短57.1%,入池流速减小最大达51.18%,综合消能率大于84%。同时,前置掺气坎式阶梯溢洪道使阶梯泄槽内掺气更充分,继而可减小发生空蚀破坏的可能性。研究成果可为类似工程设计提供一定的参考。     

Laboratory Investigation of Stilling Basin Slope Effect on Bed Scour at Downstream of Stepped Spillway: Physical Modeling of Javeh RCC Dam

Stepped spillway and stilling basin are one of the most important energy dissipation structures. Eventhough, most of energy dissipated by these structures, but in skimming flow, the upstream flow motion is nonaerated and the residual energy capable to destroyed structures during floods. In this study, effect of stilling basin slope on bed scour, downstream of Javeh dam was investigating. Experiments performed in hydraulic structures laboratory of the University of Kerman with six different discharges (5, 7, 13, 17, 25 and 30 l/s.m) and five various stilling basin slope (0.02, 0.01, 0, ?0.01 and???0.02). The parameters such as maximum scour depth (d_s), flow velocity (in three point), water depth on upstream and downstream of stepped spillway and stilling basin, the distance of the maximum scour depth to sill (L_s) and the gheometery of scour hole measured. Result shown that when stilling basin slopes was 0.02, the average of maximum relative scour depth, 47% Increased and in ?0.02, 52.2% Decreased. In addition, the distance of maximum scour depth until stilling basin increased by increasing and decreased by decreasing the stilling basin slope.

     

台阶式溢洪道的消能及其应用价值的探讨

作者总结了溢洪道消能率的计算公式、消能率的影响因素、台阶式溢洪道的适用范围;对某水库的台阶式溢洪道和光滑面溢洪道的两个方案在消能效果、消力池长度等方面进行比较,分析了这两种方案各自的特点。结果表明,台阶式溢洪道消能主要集中在台阶段,而且相对于光滑面溢洪道,大大缩短了消力池的长度,降低了投资。     

消能工在白杨河水库的联合应用

针对白杨河水库枢纽工程原设计方案消力池尺寸不足,下游护坦流态不良、冲刷严重的问题,进行了四种不同修改方案的试验研究。通过对原方案及修改方案水流流态的观察,水深、流速、消能率等方面的测量计算,推荐采用“阶梯式溢洪道＋消力墩”的联合消能方案。试验表明,阶梯式消能工可以消除水流的大部分能量,减小消力池及下游护坦的消能负荷。将...     

台阶式溢洪道的消能及其应用价值的探讨

文中总结了溢洪道消能率的计算公式、消能率的影响因素、台阶式溢洪道的适用范围；对某水库的台阶式溢洪道和光滑面溢洪道的两个方案在效能效果、消力池长度等方面进行比较，分析了这两种方案各自的特点。结果表明，台阶式溢洪道消能主要集中在台阶段，而且相对于光滑面溢洪道，大大缩短了消力池的长度，降低了投资。     

底流钢膜消力池底板上表面脉动压力试验

为确保消力池防护结构在水流冲击下的安全,探索一种新的钢膜消力池防护结构,即在消力池传统的不透水混凝土底板上部铺设一层均匀开孔的薄钢板。基于某底流消力池模型试验,研究了铺设均匀开孔钢膜对不透水底板上表面脉动压力分布规律的影响。试验结果表明:铺设均匀开孔的钢膜后,对于消力池前端旋滚区,脉动压力强度系数减小、概率密度函数基本满足正态分布,但幅值范围更加集中;纵向各点的相关性降低、空间积分尺度下降,涡旋保持性降低;脉动压力主频基本不变,但脉动能量集中的频带变窄。与透水底板比较,钢膜消力池防护结构可以有效减小作用在消力池前端底板上表面的脉动荷载,初步表明这种结构具有一定的可行性。