大流速、高弗劳德数弯道水流流态控制研究

为研究大流速、高弗劳德数条件下弯道水流的水力特性,以某水利工程为例,提出采用"前置掺气坎+渠底局部超高+阶梯"相结合的弯道水流控制新技术。试验结果表明,采用该技术后弯道段水流流态良好、横向水深和流速分布较均匀、弯道段沿程流速增加较小、弯道后水流衔接平顺,各项水力指标均满足工程应用要求。研究成果对类似工程提供参考和指导。     

阶梯溢流坝在左柏水库中的应用试验研究

通过水工模型试验,对左柏水库工程阶梯溢流坝水力特性进行了研究和分析。试验结果表明,阶梯溢流坝设置前置掺气坎后,起始阶梯上的掺气较充分,消除了起始阶梯面上的空蚀风险;单宽流量越大,阶梯上水流形成均匀流的流程越长;阶梯溢流坝的消能率随单宽流量的增加而减小;阶梯溢流坝体形下,下游消力池规模相比光滑溢流坝减小28.7%。试验获得的阶梯段均匀流水深、流速与相应单宽流量计算经验公式可为实际工程下游消力池设计提供参考,试验研究体形适用于单宽流量较小且坝高大于60 m的水利工程。     

曲线型局部超高阶梯溢洪道的水力特性

针对在高弗劳德Fr、大流速的来流下,曲线型光滑溢洪道的凹岸水位严重超高,凸岸出现底板露底,进入消力池的水流流态恶劣等不良水力现象,提出一种曲线型局部超高阶梯溢洪道。该溢洪道内布置多级阶梯,每级阶梯的凹岸和凸岸底部高程不同,且凹岸高于凸岸。利用水工模型试验和3维数值模拟方法详细研究水力特性。试验依托于某水库的岸边溢洪道工程,数值模型基于RNG""紊流模型和VOF法。与试验测量的阶梯溢洪道沿程流速、水面线分布等数据比较表明,数值模型的可靠性和准确度满足工程计算要求。通过试验分析光滑和阶梯溢洪道内的水流流态,验证了该溢洪道在工程中应用的可行性。从3个特征横断面水面线、流速分布,以及第Ⅱ特征断面所处的阶梯平台、凹凸岸边墙和中轴线沿程流速矢量、压力分布结果可以看出,横断面的流速、水深分布趋于均匀,凸岸底板的露底现象消失,岸边的折冲水流被极大削减;负压区出现在凹岸边墙、竖立面和阶梯平台形成的3维区域内,范围较小;阶梯平台上存在横向水流,与主流共同形成3维消能区,明显加强沿程水流能量耗散,入池流速得到减缓,平稳下泄进入消力池。在曲线型溢洪道内布置局部超高阶梯能成功解决大流速、高弗劳德数急流条件下出现的恶劣流态,增加能量损失,但需要结合前置掺气坎解决空蚀空化问题。     

燕尾型挑坎在李家岩水库溢洪道中的应用

针对李家岩水库下游消能防冲问题,通过1∶30水工模型试验对比了传统连续坎和新型燕尾型挑坎下游挑射水舌特性及河道冲刷形态。试验结果表明:燕尾型挑坎对上游来流的适应性好,起挑流量要求更小。燕尾坎体型下挑射水舌底缘偏离底板程度随单宽泄量的增加而增大,造成近端挑距越小。燕尾型挑坎相比连续坎水舌的横向扩散明显减弱,且沿水流方向充分拉伸,整个水舌落点范围呈狭长型,从而避免了对狭窄型水垫塘或河道两侧岸坡的冲刷,燕尾型挑坎更加适用于狭窄型河谷。燕尾坎体型下挑射水舌的落水范围总体相比连续坎得到伸展,有效减小了入水单宽流量,下游河道的水体波动及冲刷均有所减弱。在试验和类似工程的基础上总结得出了燕尾型挑坎的体型设计原则,相关研究成果可供其他工程参考。