孔板消能工的体形对隧洞泄洪消能的影响

本文介绍了作者近期的试验和对国内外已有成果的综合分析，讨论了孔板消能工下游的时均压强沿程分布和能量损失系数同消能工体形因素如上游进口形状，下游出口形状，孔板厚度等的关系，分析了各因素的影响，并由此得出水力学意义的几项界限；厚孔板与薄孔板的界限，孔板上游进口坡度及孔板下游出口坡度对能量损失影响的界限，推荐了工程实用的范围。     

特约文章：高坝泄洪消能技术研究进展和展望

近40年来,我国水利水电工程建设蓬勃发展,建成了一大批具有世界级水平的水电工程,涌现了许多创新技术,推动了我国在高水头大流量泄洪消能方面的研究达到世界先进水平。本文重点梳理和评述我国在高水头大流量泄洪消能方面所取得的最新研究成果,包括全断面掺气减蚀技术、高拱坝表-深孔空中碰撞和无碰撞挑流消能、高重力坝多股多层淹没射流跌坎底流消能、燕尾挑坎、翻卷挑坎、洞塞式、旋流式及阶梯式内流消能等新技术。对今后中长期的水利水电工程建设面临的高坝水力学问题研究进行了展望。     

复杂洞塞泄洪洞消能和空化特性研究

针对高水头、大流量、出口尾水位低、消能防蚀问题突出的导流洞改建为洞塞泄洪洞工程,本文提出了＂垂直洞塞＋压坡洞塞＋水平洞塞组＂的布置形式,采用模型试验与数值计算相结合的方法分别对其消能和空化特性进行了研究。研究结果表明,该布置形式的消能率超过80%;泄洪洞各水平洞塞均无空化发生,虽垂直洞塞段出现了弱空化,但均位于水体中部,不靠近边壁,不会对建筑物产生空蚀破坏;数值模拟揭示了有压洞段详细的流场特征及消能原理。     

电厂孔板下游流动加速腐蚀模拟研究

使用计算流体软件对电厂孔板下游流场进行模拟分析,研究不同流速和不同孔径比对孔板下游流场分布、传质系数的影响规律,并基于所建立的流动加速腐蚀(FAC)过程模型,确定孔板下游的腐蚀行为与流速、孔径比之间的相关性。结果表明:孔径比一定时,孔板下游传质系数和流动加速腐蚀速率随着流速增大整体呈现增大趋势,并且腐蚀峰值出现位置向孔板下游偏移;流体流速一定时,孔径比越小,传质系数和流动加速腐蚀速率越大,腐蚀高发区向孔板方向移动。该模拟结果与实验结果较吻合。     

多孔孔板流量计结构参数的数值研究

标准孔板流量计在工业应用中面临着精度和适用性的限制,为了提高其性能,多孔孔板流量计被越来越多的使用。 为 了研究多孔孔板的结构参数对孔板流量计性能的影响,以内径为 40 mm、多孔直径比为 0. 4、厚度为 3 mm 的多孔孔板为研究对 象,设计了不同孔数和间隙率的多孔孔板模型,并使用数值方法进行了分析。 结果表明,多孔孔板流量计的压力损失系数随着 孔数的增加而降低,而流量系数则随着孔数的增加而增加。 孔隙率对多孔孔板流量计的压力损失系数和排量系数影响不大,但 在一定范围内增加孔隙率可以有效降低压力恢复长度。     

多级孔板泄洪洞水流空化特性

多级孔板泄洪洞是一种利用水流强剪切混掺而实现消能的内消能工形式,而抗空化空蚀性能是影响多级孔板泄洪洞安全运行的重要指标之一。本文以小浪底1号孔板泄洪洞为例,在水力学原型观测资料的基础上系统分析了多级孔板泄洪洞的空化特性,并结合几何比尺为1:40的减压模型试验资料分析了缩尺效应对初生空化数的影响。结果表明：水流空化数对库水位的变化不敏感,而初生空化数则随着库水位的升高而增大,受此影响,库水位越高时各级孔板发生空化水流对应的闸门开度越小;缩尺效应对多级孔板泄洪洞初生空化具有显著影响,经模型试验测得的初生空化数须进行缩尺效应修正;对于多级孔板泄洪洞,其结构尺寸和水流流速是影响初生空化数的主要参数,基于此提出了减压试验初生空化数的缩尺效应修正方法,经与原型观测资料对比,误差小于2%。相关成果利于深化对多级孔板泄洪洞水力特性的认识,有助于多级孔板泄洪洞的推广应用。     

孔板混合流消能研究

在软基低堰掺气窄缝戽流消能研究基础上，提出一种新型消能工——孔板混合流消能工。试验结果表明：孔板混合流的下游冲刷深度平均减少50％，涌浪高度降低70％，从而减轻对下游及两岸的冲刷，减少了工程量。     

等壳水电站泄洪建筑物优化设计

新型消能工较好的利用了水力学基本原理,取得了很好的消能效果,宽尾墩＋阶梯溢流坝＋消力池消能即是现阶段表孔溢洪道消能常采用的形式之一。研究了在河道地形受限条件下,底孔不同挑坎形式对消能效果、水力衔接及工程下游河道冲刷情况的影响     

多喷孔射流的三维紊流数值模拟及消能分析

多喷孔淹没式套筒阀是一种用于压力管道的新型消能型式,它是利用多股多层喷孔使水流高速喷出后在消力池内卷吸、掺混,形成强烈紊动水流来消减能量。喷孔的大小、数量以及布置方式决定了该消能工的消能效率。本文采用RNGk-ε紊流模型对管道出口多喷孔射流消能进行了三维数值模拟研究,对喷孔的优化布置方式进行初步的探索,对该消能工的消能机理以及其它水力特性也进行了分析讨论。提出了断面余能比概念,并以此通过分析比较不同喷孔个数以及喷孔布置方式下的消能效果,发现喷孔交错梅花状布置的消能效果明显优于平行排列的布置方式,给出了断面比能与喷孔个数的变化曲线。     

跌扩型底流消能工消能的试验研究

采用水力学试验方法,对跌扩型底流消能工的消能及其机理进行了初步分析和试验研究,详细分析了跌扩型底流消能工消力池内水流流态与水流结构,由此论述了该消能工的消能机理,又在试验成果的基础上从消减临底和临墙流速方面分析了跌扩型底流消能工的消能作用。研究成果表明,跌扩型底流消能工,由于跌坎和突扩的存在,大大减小了临底和临墙流速,提高了消能效果。     

宽尾墩体型对阶梯溢流坝阶梯面掺气和消能的影响研究

宽尾墩与阶梯溢流坝结合的新型消能工,有效的解决了我国高坝泄洪建筑物由于高水头和大单宽流量等引起的高速水流问题。本文应用水汽两相流VOF模型和三维RNG-紊流模型,采用有限体积法进行区域离散,速度与压力的耦合方式采用PISO算法,利用几何重建格式的非恒定流迭代求解,对宽尾墩收缩比分别为0.7、0.445和0.4的Y型宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池消能方式中阶梯面掺气特性和消能特性进行了数值模拟,模拟结果显示,各收缩比条件下,沿程平均掺气浓度略有波动,但总体呈减小趋势,随收缩比减小,阶梯面掺气范围减小。在前几级阶梯面,掺气充分,沿阶梯水平固壁面向外,掺气浓度呈先减小后增大的趋势,而沿阶梯垂直固壁面向下,掺气浓度先增大后减小,相同断面处平均掺气浓度随收缩比减小而增大。在掺气末端的阶梯面上,沿阶梯水平固壁面向外,掺气浓度逐渐增大,而沿阶梯垂直固壁面向下,掺气浓度逐渐减小,相同断面处平均掺气浓度随收缩比减小而减小。阶梯溢流坝消能率随宽尾墩收缩比的减小而增大。     

孔板流场的二维激光测速试验研究

本文通过二维激光测速试验分析了孔板流场特性,并深入研究了孔板内缘型式对流场影响规律,采用圆形管道和模拟孔板断面的矩形管道两种模型试验对比分析,研究了孔板环内分离流发展过程与孔板内缘型式的关系,从而揭示了内缘型式对消能系数影响的内部机理。     

窄缝式消能工在多洞联合泄洪中的应用研究

长河坝水电站为典型的高水头、大泄量的电站,多洞联合泄流,采用挑流消能方式,此类工程对下游河道的消能防冲具有很高的要求。为解决初始阶段水工模型试验挑流消能不充分、水舌空间流态较差的现象,结合工程实际和以往经验,以大比尺水工模型试验为手段,比较了2#泄洪洞在等宽和窄缝挑坎两种形式下单独泄洪和联合泄洪的消能防冲效果,进一步验证了窄缝挑坎和扩散挑坎的有机结合在多洞联合泄洪过程中所体现的优越之处。本文的研究成果对同类型的消能防冲设计有一定的借鉴意义。     

低水头坝消力池内悬栅辅助消能工的优化试验研究

用基于捆绑法的40组正交试验对消力池内悬栅辅助消能工的不同空间布置形式进行水力特性研究,提出同层相邻悬栅采用变距布置以及上下两层相邻悬栅采用倾斜布置的新型布置方式。试验结果表明：（1）同层悬栅采用变距布置能有效减小水位差同时保证消能率,相较等距布置水位差变化率平均提高12.15%;（2）上下相邻悬栅采用倾斜布置对于等距、变距布置均有利于减小水位差,其中前倾布置形式最优,对等距布置水位差变化率最大提高48.76%,变距布置最大提高10.71%,该试验中捆绑后的6组悬栅间距分别为8、8、8、12、12、4 cm的前倾布置形式为最优设计。     

影响阶梯溢流坝消能率的因素

为了探求提高阶梯溢流坝消能率的措施，本文首次采用紊流数值模拟方法，对影响阶梯溢流坝消能率的一些主要因素，如单宽流量、坝坡、阶梯高度等进行研究。结果表明，消能率随单宽流量的增大而显著降低。坝坡越缓，消能率越高。阶梯高度对消能率的影响与单宽流量有关，当单宽流量较小时，消能率随阶梯高度变化较大；当单宽流量较大时，阶梯高度对消能率的影响很小。根据紊流数值模拟得到的坝面流场的紊动动能和紊动耗散率分布，对单宽流量增大时消能率降低的根本原因进行了探讨，提出了一些提高消能率的具体措施。     

阳江抽水蓄能电站下库溢洪道消能研究

阳江抽水蓄能电站下库溢洪道具有泄流落差和单宽流量较大、陡槽段平面转弯等特点,溢洪道的急流冲击波和消能问题较突出。通过水力学模型试验研究,在弯曲陡槽段进口上游设置"底流消力池 T型消力墩"的一级消力池、弯曲陡槽段内设置斜向高低坎和陡槽段内设置外凸式阶梯跌坎等辅助工程设施,改善了溢洪道泄流流态,妥善解决了溢洪道消能问题。