典型双孔渡槽复杂流态的改善研究

为减轻渡槽在大流量运行时出现的水位波动较大、紊流和涡流等复杂流态问题，选取典型双孔渡槽模型进行水力学模型试验和三维数值模拟，应用物理模型与数值模拟相结合的方法研究渡槽出口的卡门涡街在被边界约束时对其上游产生的波浪回涌现象，通过机理解析提出“纺锤型”导流墩方案。研究发现，卡门涡街脱落频率与上游回涌波浪频率一致。边界约束下卡门涡街对上游流态影响机理为：涡街交替脱落产生横向的交变作用力，在边界约束下局部阻水进而形成波动并向上游传递，随着涡街的交替脱落，上游形成波浪交替回涌现象。施加“纺锤型”导流墩后，进出口流态得到改善，能大幅减轻涡街强度和对上游流态的影响，槽身最大波幅消减度达到80%以上。对比不同长度导流墩组合试验后，提出进、出口导流墩纵横比分别为1.5、2.0的最佳组合。     

保水堰体型参数对过流能力影响的数值模拟

保水堰是一种新型溢流堰结构形式，为提升保水堰在大型调水工程中的输水能力，利用实测数据进行模型 验证，在确保模拟保水堰堰内水流流态规律准确性的前提下，探究工程中保水堰体型参数对输水系统过流能力的 影响。研究揭示了堰井段环状旋涡区的产生与发展机理，并对 11 种降低堰高方案进行数值计算，分析堰井段流 速矢量分布和环状旋涡区范围及能量耗散的变化，发现使输水系统过流能力增加的最佳堰高区间为 [1.0?P1≥P≥ 0.7P1]（P 为保水堰堰高；P1为堰前堰高）。当堰高在此区间内，通过降低 P 使堰前流速矢量仰角和堰后环状旋涡 区变小，能量耗散显著降低，降低 0.1P1，流量平均增加 2.1%。考虑到工程改造成本和过流能力提升效果，故在本 研究提出最佳堰高区间内修改保水堰的结构，为输水系统过流能力提升提供参考。     

设有“弧面型”导流板的保水堰数值模拟研究

保水堰是一种保水保压装置,包括上下游的有压箱涵及中间的保水堰堰井,作用是保证有压箱涵在任何情况下均处于有压状态,以避免气体进入有压箱涵。保水堰在大流量运行时堰室内常出现漩涡及高速主流发散等复杂流态阻碍保水堰过流。为抑制漩涡的产生并压缩主流,在保水堰过流时使用了“弧面型”导流板。导流板型式参数包括夹角α、β及导流板内径R。对不同工况下(α、β、R)有无导流元件的堰室水流进行数值模拟计算并进行对比,发现各参数中β为导流效果的主要影响因素,通过设置导流板可减小漩涡区边缘流速0.06 m/s,提高主流区集中度8.47%,并增大过流能力17.8%。该研究可为大型输水工程典型保水堰建筑物的输水能力提升提供思路,具有重要的实际工程意义。