台阶式溢洪道滑行水流消能特性研究

台阶式溢洪道的消能特性是研究的热点方向,而单纯的台阶式溢洪道消能率并不能有效反映台阶在消能方面的价值。将台阶式溢洪道和同体形光滑溢洪道的消能规律进行对比,可以准确反映出台阶结构对水流消能的贡献。通过对26.56°、38.66°、51.30°三组坡度,0.5、1.0、2.0 m三种台阶高度的台阶式溢洪道进行水工模型试验研究,探讨了不同台阶高度(d)、单宽流量(q)、坡度(θ)下相对消能率(Δη)和台阶流程长度与水深比(L/h)的关系。结果表明:台阶水流为滑行流态时,在非均匀流段上相对消能率和台阶流程长度与水深比呈线性关系,复相关系数R~2在0.984 6~0.996 2之间,直线斜率随单宽流量、台阶高度、坡度的增大而增大。试验分析证实了研究相对消能率的必要性,Δη和L/h的线性关系为进一步探究台阶的消能特性提供了依据。     

台阶式溢洪道消能特性的研究

结合斯木塔斯水电站台阶式溢洪道水力学模型试验结果,引入了相对消能率和单宽消能功率,总结了台阶高度、单宽流量与消能率、相对消能率和单宽消能功率的变化规律,重点研究相对消能率的变化规律。研究表明,流量增加时台阶溢洪道的相对消能率和单宽消能功率逐渐增大,表明台阶所起到的消能功效增强了。     

台阶式溢洪道消能率影响因素分析

台阶式溢洪道与常规的光滑溢洪道比较,具有消能率高和施工方便等优点,尤其是在中小单宽流量下其消能优势更为显著。通过台阶式溢洪道的模型试验结果分析得出,同一单宽流量下不同台阶高度的消能率随流程增大基本呈线性增大,台阶高度增大对消能率的影响很有限;在任意单宽流量下,消能率随流程或台阶数量的增加逐渐增大;同一台阶高度时,消能率随单宽流量的增加而减小。台阶高度越大消能率越大,台阶高度对消能率影响越显著。     

基于SPH的台阶式溢洪道最优消能率参数研究

为研究台阶式溢洪道的消能规律,明确台阶式溢洪道的最优消能率参数,利用DualSPHysics对台阶式溢洪道水流特征进行模拟,并通过与典型案例的对比分析验证了SPH方法对台阶式溢洪道水流模拟的适用性与准确性,模拟结果表明SPH方法可以较好地模拟台阶式溢洪道上的水流特征。通过建立不同单宽流量、台阶段坡度和台阶数目的共计288种工况对台阶式溢洪道消能规律及其影响因素进行了研究。结果表明：在其他条件一定的情况下,台阶式溢洪道的消能率与单宽流量呈负相关关系;台阶数目对台阶式溢洪道消能率的影响并不显著,但是存在一个台阶数目能使台阶式溢洪道的消能率达到最大值,该最优消能率对应的台阶数目在78~81阶范围内,此结论对指导实际工程应用有一定的参考价值。     

台阶式溢洪道消能率影响因素分析

台阶式溢洪道利用台阶改变水流方向,导致水流动能耗散,对提高溢洪道消能效果具有重要意义。与光滑溢洪道相比,台阶式溢洪道的消能率更高,因此在水利工程中得到广泛应用。台阶式溢洪道消能效果主要用消能率衡量,与光滑溢洪道比,台阶式溢洪道的水力参数更加复杂。采用室内试验与理论分析耦合方法,分析了台阶式溢洪道台阶高度、流量、坡度对消能率的影响。研究表明:其它参数相同时,台阶式溢洪道长度增加,消能率增加;单宽流量增加,消能率减小;台阶高度增加,消能率增加。     

台阶溢洪道无因次消能水头规律与水面线计算

台阶式溢洪道消能水头是重要的水力参数,直接反映了台阶式溢洪道的消能情况。对台阶式溢洪道的消能水头及影响因素进行因次分析,引入相对临界水深、相对位置。通过对5组不同坡度,3个台阶高度,3个单宽流量共45个组合工况下的台阶式溢洪道进行模型试验研究,探讨无因次消能水头与相对临界水深、相对位置、坡度的关系。结果表明:无因次消能水头与相对位置呈现良好的线性关系;直线斜率与坡度呈线性递增关系,与相对临界水深无关。依据这些规律计算台阶式溢洪道沿程水面线,为台阶式溢洪道复杂水力特性计算提供了新方法。     

台阶式溢洪道滑行水流消能特性研究

台阶式溢洪道消能率无法详细反映其消能特性,为了突出反映台阶消能作用,从总消能水头中扣除光滑溢洪道原有消能水头得到纯台阶消能部分,计算了单位高度纯台阶消能率,以及台阶消能所占总消能的比重。结果表明:滑行水流的单位高度纯台阶消能率约为0.80%/m~0.83%/m,与单宽流量和台阶数目均无关,随台阶高度增大增幅为4.5%;纯台阶消能所占总消能比重随单宽流量增大而增加,随台阶数目增多而减小;此外,还对单宽流量增加时消能率下降的原因进行了探讨。结果分析表明:大单宽流量消能率下降是由于光滑溢洪道能作用降低而纯台阶消能不变导致的。     

台阶式溢洪道摩阻流速沿程变化研究

为了研究台阶式溢洪道摩阻流速沿程变化规律,将其与相对应的光滑溢洪道进行对比,引入相对摩阻流速的概念。通过对台阶高度为0.5～2.0 m、坡角为26.6°～48.0°、单宽流量为35.7～62.2 m~2/s的台阶式溢洪道模型进行试验,分析了各个模型条件下摩阻流速和相对摩阻流速与流程长度之间的关系。分析发现:台阶式溢洪道摩阻流速沿程变化情况复杂,而台阶式溢洪道相对摩阻流速与流程长度之间具有良好的线性关系,规律显著,便于分析应用,以此论证了引入台阶式溢洪道相对摩阻流速的必要性。适当提高台阶高度对消能有利,在小单宽流量和坡度较陡时,台阶式溢洪道消能效果更佳。     

台阶式溢洪道滑行流相对水力特性规律研究

台阶式溢洪道消能效果显著、能大大减小下游消力池的尺寸、节省工程量和投资,但其水流规律复杂。本文对比研究了台阶式溢洪道和同体型的光滑溢洪道,并引入台阶式溢洪道相对流速、相对弗劳德数、相对消能率等3个相对水力参数。通过模型试验,分析了台阶式溢洪道流速、弗劳德数、消能率等常规水力参数及3个相对水力参数沿程变化规律、相对临界水深及溢洪道坡度对常规及相对水力参数的影响。分析结果表明:台阶式溢洪道常规水力参数沿程呈复杂的曲线变化规律,相对临界水深及坡度对常规水力参数的影响亦较为复杂,不便应用;台阶式溢洪道相对水力参数沿程表现出良好的线性相关关系,相关系数平均值为0.9887～0.9944;相对水力参数均随相对临界水深的增大而减小,随溢洪道坡度的增大而增大。通过对台阶式溢洪道相对水力参数沿程线性规律的定量分析,并结合光滑溢洪道成熟的水力计算理论,可为台阶式溢洪道复杂水力特性计算提供新方法。     

台阶式溢洪道相对流速和相对消能水头的关系

流速和消能水头是重要的水力参数,但在台阶式溢洪道中尚无系统研究成果。将台阶式溢洪道流速、消能水头与对应光滑溢洪道流速、消能水头对比,引入相对流速、相对消能水头的概念。通过对0.5,1.0,2.0 m 3种不同台阶高度,38.66°坡度的台阶式溢洪道进行试验研究,探讨了流速、消能水头,相对流速、相对消能水头之间的关系。结果表明:非均匀流流态下流速、消能水头呈曲线关系,不便分析应用;相对流速和相对消能水头表现出良好线性关系,相关系数0.973 7~0.995 9,证实了引入相对流速、相对消能水头的必要性。     

缓坡度陡槽溢洪道阶梯消能研究与应用

作为一种新型的辅助消能工，阶梯式消能工得到较多的研究和应用，但以往的研究与应用主要集中于坡度较陡的溢洪道。本文在总结广东省多项水利工程阶梯式溢洪道试验研究的基础上，进行了4种坡度比阶梯溢洪道的模型试验研究，对缓坡度陡槽溢洪道应用阶梯式溢洪道的水力特性进行了研究探讨。给出了阶梯跌坎高度、阶梯跌坎间距等阶梯体形参数对消能效果及流动形态的影响规律，并对缓坡度陡槽溢洪道应用阶梯式溢洪道设计方法进行了探讨，可供类似工程参考。     

台阶式溢洪道水流能量特性的研究

为了研究台阶式溢洪道上水流能量特性,对坡比1:1.25不同台阶高度的台阶溢洪道进行模型试验,试验结果表明:台阶溢洪道上总水头沿程急剧降低;水流比能表现出沿程先增大后达到稳定值的规律;水流比能的变化决定总水头的变化,比能稳定值越小说明台阶溢洪道的消能效果越好。通过无量纲分析得出稳定比能与相关影响因子的2个无因次参数,结合试验和相关文献对2个无因次参数拟合,表现出良好的幂函数规律,相关系数为0.994 9~0.997 2。同时得出计算剩余能量和台阶溢洪道总消能率的经验公式,为相关设计提供参考。     

基于SPH方法的阶梯式溢洪道消能特性研究

为了研究阶梯式溢洪道的消能特性,本文通过二维建模的方式,利用光滑质点水动力学方法(SPH)对31阶阶梯式溢洪道的水流进行数值模拟,将模拟值与试验值进行了对比,并针对2种台阶数目和4种单宽流量共计8种工况,对不同工况的阶梯式溢洪道沿程水深、水流流速以及消能率进行了分析。结果表明,31阶阶梯式溢洪道水流的水面深度、流速和压强模拟值与试验值吻合较好;36阶和60阶阶梯式溢洪道沿程水深和水流流速与单宽流量呈正相关趋势,随着单宽流量的增加而增大,且在水流稳定之后,水面深度和流速都会维持在某一个值附近;而阶梯式溢洪道消能率沿程逐渐增大并在最后一级台阶处达到最大值。同时,当溢洪道体型一定,消能率随着单宽流量的减小呈上升趋势,当单宽流量减小至0.1283m2/s,36阶和60阶阶梯式溢洪道的消能率分别达到了83.67%和82.86%。     

阶梯式溢流面消能特性研究

通过物理模型专题研究,并结合国内外相关研究成果,对阶梯式溢流面的消能特性作了较系统的探讨。论述了阶梯式溢流面消能率的影响因子及规律,研究表明,消能率大小与溢流面坡度关系不大,而与单宽流量、阶梯高度及数目存在着定量关系。
关 键 词： 阶梯式溢流面;光滑溢流面;消能率;相对消能率     

溢洪道阶梯陡槽段水面掺气位置试验与计算探讨

外凸型阶梯式消能工是应用于溢洪道陡槽段上的一种新型的辅助消能工。目前溢洪道陡槽段外凸型阶梯式消能工已在水利工程中得到了应用,但对此类型阶梯式消能工水力特性的研究成果仍较少。本文在5种坡度比和不同阶梯体型(包括阶梯高度、阶梯间距等参数)的阶梯陡槽溢洪道水力模型试验研究的基础上,对溢洪道阶梯陡槽段水力特性进行研究探讨,分析了陡槽段坡度比、阶梯跌坎体型参数等对溢洪道陡槽段泄流流态的影响,并将阶梯陡槽段泄流分为光滑水流区和掺气水流区两部分,提出了外凸型阶梯陡槽段水面掺气断面位置和水深的计算公式。本文研究成果可为溢洪道阶梯陡槽段沿程水面线和消能计算提供参考。     

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。     

努尔加水库台阶式溢洪道水力特性的研究

本文主要介绍努尔加水库台阶式溢洪道的试验研究成果。通过模型试验,对单宽流量在24.17—118m3/s.m的台阶式溢洪道的台阶坡度,高度和水力特性认识更加深入。试验表明坡度较陡,单宽流量较小的情况下消能效果最好。研究工作对大单宽流量台阶溢洪道的推广应用具有较高的参考价值。     

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.