闸门开度对泄洪排沙隧洞水力特性影响研究

为揭示闸门开度对泄洪排沙隧洞水力特性的影响规律，建立了不同闸门开度下的排沙隧洞二维模型，采用VOF法和标准κ-ε紊流模型对泄洪排沙隧洞易磨蚀断面流场进行三维数值模拟计算，获得了闸门附近的流态、流速、压强等水力特性，并对比分析了不同闸门开度下的水力特性，得到了闸门处至挑坎之前的空化数。结果表明，当闸门小于1/2最大开度运行时，闸门开度越大，隧洞水流流态越平顺，临底流速过渡越平顺，且隧洞底板上下游压力差越小；闸门开度越小，有压洞内流速越小，容易造成泥沙淤积；闸门开度越大，对隧洞整体运行越有利。研究结果对水工隧洞闸门的运行开度优化及闸门底坎抗磨修复具有指导意义。     

反弧鼻坎起挑流量和终挑流量挑距拟合分析

小流量挑射情况下,起挑流量、终挑流量出坎水流的水舌均较分散,在空气阻力的影响下,出坎水流流速系数明显小于现行规范推荐的经验公式计算值。对此,在水工模型试验基础上,基于小流量水面线分析并应用规范推荐公式计算挑距。同时,应用数学回归法拟合高水头泄水建筑物起挑流量、终挑流量经验公式中的流速系数,进而计算挑距。结果表明,两种算法得到的小流量挑距计算值和实际工程吻合良好,均可直接用于挑流消能反弧鼻坎下游的防护设计。研究成果可为工程设计提供参考。     

起挑流量和终挑流量的拟合分析

贴坎水流在泄水建筑物挑流消能中客观存在,起挑流量和终挑流量的确定直接影响到鼻坎及下游的安全性和防护设计。通过水工模型试验,研究高水头泄水建筑物在一定泄槽底坡条件下,不同反弧半径、挑射角度对起挑流量和终挑流量的影响。并在试验成果的基础上,通过数学回归分析,分别拟合得到起挑流量、终挑流量的计算公式。经实例验证,拟合公式可直接应用于实际工程,可为工程设计提供参考。     

掺气坎后水流掺气浓度分布及掺气保护长度试验研究

在掺气减蚀研究中,掺气设施的掺气保护长度是检验掺气减蚀效果的重要指标,而水流掺气浓度及其分布将决定掺气保护长度。通过反弧段泄槽模型试验,研究了不同流量、不同挑坎高度时掺气浓度与掺气保护长度的变化规律。结果表明,掺气坎后水流掺气浓度沿程分布规律为先增大后减小,而在断面上的分布规律为由水流表面到水流底部逐渐减小;泄槽反弧段与泄槽直段及不同水深处掺气浓度的沿程衰减率不同;在其他条件不变时,掺气浓度与流量大小成反比,与挑坎高度成正比;掺气有效保护长度随流量增大而减小,随掺气坎高的增大而增大。     

倾斜底板角度对侧向挑入消力池的岸边溢洪道的影响

针对岸边溢洪道从侧面挑入与之平行布置的已有消力池来消能的布置形式,采用数值模拟方法研究了不同倾斜底板角度及挑坎与消力池间高差的溢洪道水力特性及消力池内的水流流态等。结果表明,随着挑坎底板倾角的逐渐增大,水舌左支流量逐渐减小,右支流量逐渐增大,挑坎所受最大压强与挑坎内最大水深均逐渐减小;消力池底板最大压强逐渐增大,但最大冲击点位置逐渐向消力池右侧及上游区域移动,即消力池左侧边墙与尾坎逐渐不受冲。     

高坝泄洪诱发环境噪声试验研究

针对原型高坝大功率泄洪引起的噪声影响范围广、难以定量评估的问题,采用大尺度水工模型量测泄洪消能时的噪声场,根据噪声场的主要声源建立了噪声强度概化模型,对试验数据回归分析得出泄洪水舌入水时的辐射声功率。试验结果表明,水舌入水时辐射声功率与水舌入水角度有关,入水角度越小,辐射声功率越大;挑流水舌入水角度随着泄流量增大而逐渐减小,挑流水舌辐射声功率随着泄洪功率增大而呈抛物线增长。     

侧向挑入消力池的岸边溢洪道水力特性研究

针对岸边溢洪道从侧面挑入与其平行布置的已有消力池来消能的布置形式,采用数值模拟方法研究了高程和流量对挑坎(а=45°)及消力池水力特性的影响。结果表明,随着泄流量逐渐增大,挑坎内最大水深、最大压力及消力池最大压力均逐渐增大,挑流水舌入水长度与纵向入水长度均逐渐增大;随着挑坎与消力池高差的减小,挑坎最大水深和最大压力均逐渐增大,而消力池最大压力变化较小。拟合得挑坎最大水深和最大压力的定量计算公式,从而为该型岸边挑坎的工程设计提供了参考。     

窄缝挑坎急流冲击波的分析计算

本文把窄缝挑坎内的水流分为三个区,考虑了单宽流量沿程增加和边壁阻力两个主要因素,用急流冲击波理论和非均匀渐变流方程分析和计算挑坎内水流的冲击波图案、水力要素和侧墙水面线,最后编制了通用程序.     

新型止回阀稳态噪声特性分析

针对新型主止回阀(利用差动活塞实现阀头与流体的对冲运动来完成阀的开启与关闭),搭建了稳态噪声特性分析实验台,在稳态工况下,进行了不同的初始压力和不同流量方向的实验。采用控制变量法,选择多测点测量来减小由环境因素引起的偶然误差。研究表明:新型主止回阀噪声与流体的流量成对数关系;阀门噪声与流体的静压力无关,并且新型主止回阀能够很好的抑制水击;管路流量变化的方向对止回阀噪声特性没有影响。     

明流泄洪洞弯道水流特性试验研究

某水库泄洪洞弯道水流流态极差。针对此问题,在弯道段加设5道斜导流坎,很好地解决了水流流态差的问题,但在斜导流坎的右边侧壁、导流坎后面的底板及导流坎的顶部出现负压,且负压值很大。工程最终采用限制泄洪洞下泄最大流量,由原来的346.74 m3/s减小到266.68 m3/s,即闸门由原来的3.2 m全开下压至2.8 m局开,水流流态得到了改善。     

窄缝挑坎出流水舌出射角的计算

从窄缝挑坎收缩段水流的连续方程和能量方程入手,推导出了水流出射角的计算公式。分析了影响窄缝挑坎水流的出射角的各种因素,确定了水流出射角计算公式中参数的计算方法,从而能够计算直墙窄缝挑坎出流水舌的出射角。     

大扩散比闸下水流扩散特性的影响因素分析

水闸下游水流流动扩散特性对下游河床及岸坡冲刷具有重大影响。为研究闸下水流扩散特性的影响因素,采用物理模型试验,分析了不同扩散比、闸门开启高度、弗劳德数及下游水深对水闸下游流态的影响;同时以断面相对最大流速及不均匀系数作为水闸下游扩散特性的衡量指标,得到不同弗劳德数、闸门相对开启高度、扩散比和水闸下游水流扩散特性指标的相关关系。结果表明,扩散比的增大会导致偏折水流的出现并增大偏折程度;而弗劳德数和闸门开启高度的增大则使水流偏折程度减少;断面相对最大流速和断面流速不均匀度均沿程减小,且受扩散比的影响最大。     

溢洪洞出口挑流鼻坎优化试验研究

摘要： 针对长益庙水库泄洪时下游岸坡淘刷严重这一问题,在挑坎前段溢洪洞YD+152.076-YD+168.875断面加了一对同心圆弯道的基础上,对原方案挑流鼻坎形式做了4种舌形挑流鼻坎修改方案。通过分析比较其挑距、扩散、冲刷等水力特性,最终认为修改方案三各水力参数较优,满足下游消能防冲要求,且施工难度不大,将之定为最终的挑流鼻坎推荐方案。另外,通过各舌形挑坎和原方案挑坎的对比分析,进一步明确了舌形挑坎在增强水流横向扩散方面的优越性。     

连续式挑流鼻坎小流量挑流消能计算软件设计

中、高水头泄水建筑物挑流消能时小流量下的贴坎水流淘刷不可避免,起挑流量、终挑流量直接影响鼻坎下游的防护设计。与已有小型水利应用软件的开发样式和功用编码处理不同,考虑提高数据处理及运行的一致稳定性及避免重复编码的可修改性,应用Visual C#语言结合代码重用、实用工具提供及自动纠错等技术和方法,通过软件思路来规划软件规模及组成,并提出总体架构及对象界面的设计方法,进而实现集数据处理与管理和各种新特性功能的定制。基于试验结果,开发出连续式鼻坎起挑流量和终挑流量挑流消能计算软件。实例应用表明该软件界面交互友好、功能完备、计算灵活,可用于指导实际工程设计。     

消力池尾坎纵向坡度对池内水流流场和消能率的影响

在保证消力池容积不变的情况下,采用水工模型试验和标准κ-ε紊流数学模型相结合的方法,对不同尾坎纵向坡度的消力池进行了模型试验和数值模拟,研究了消力池尾坎坡度(90°、75°、60°、45°)对消力池内水流流动特性和消能率的影响,并将计算结果与水工模型试验结果进行对比验证。结果表明,数值计算结果与模型试验吻合较好,所采用的数值模拟方法可行;在保证消力池容积不变的情况下,尾坎坡度越大,消能效果越好,临底流速越小;但尾坎纵坡越大,消力池内水深增加,底板压强越大,边墙设计中应予以考虑。因此,在实际工程中应合理设计尾坎坡度,兼顾消能效果和两侧边墙高度要求。     

无坎宽顶堰闸孔自由出流流量系数的推求与验证

针对传统宽顶堰闸孔自由出流流量系数计算公式在大开度、接近堰流情况下流量系数偏小的问题,采用理论分析与试验相结合的方法,研究了无坎宽顶堰在平板闸门与弧形闸门条件下闸后收缩断面水深的变化规律,提出了新的基于闸后水流收缩断面特性来确定无坎宽顶堰闸孔自由出流流量系数的计算公式,并对该流量系数公式进行合理性验证。结果表明,所提公式计算所得无坎宽顶堰闸孔自由出流流量系数符合实际,且流量在大开度下与堰流情况接近、衔接良好。     

在役大型水工弧形闸门结构静强度与模态分析

为保证在役大型弧形闸门安全稳定运行，以葛洲坝工程水工弧形闸门为例，利用有限元分析软件，按设计水头对其进行静力学强度和模态分析，得出闸门最大应力集中点及变形情况，并根据自振频率、振型和最大变形位移判断闸门振动强弱。结果表明，闸门设计总水压力与理论计算偏差为4.7%,在5.0%误差控制范围内，弧形闸门整体最大应力为373.86 MPa、变形为12.938 mm,强度和刚度均能满足现行规范设计要求，面板底部存在局部应力集中，闸门整体振动变形量小于0.508 mm,振动强度不大，只有低阶频率出现在水流脉动压力的高能区，其发生共振的可能性小。     

泵站双节式拍门门后水流流态分析

为深入了解双节式拍门不同开启角度对出流的影响，以某泵站的双节式拍门为例，选取在实际工程中大量使用的4种开启角度方案，利用数值模拟方法对双节式拍门在不同流量下的门后水流流态进行了三维模拟计算，分析了水流流线、流速均匀度和涵管内水力损失三个指标对水流流态的影响。结果表明，出水涵管沿程阻力损失系数与开启角度呈负相关关系，拍门开启角度越大，出水涵管内水流的水力损失越少，且随流量的增大越来越明显，流量为2 m³/s时方案4与方案1相比水力损失下降了49.6%,流量为16 m³/s时方案4较方案1水力损失下降了79.1%;涵管内流态与开启角度呈正相关关系，拍门开启角度越大，涵洞内水流流态越好，当拍门的开启至方案3上拍门46°、下拍门64°后，涵洞内水流状态已趋于较优状态。     

狭窄河道垂直交角泄洪洞水舌落点控制试验研究

曼转河水库泄洪洞下泄流量较大、水流落差大、出口位置处河道狭窄,且原设计中泄洪洞轴线与河道交角近乎垂直、挑距大、水舌落点处水垫层厚度小,冲刷山体严重.针对此工程特点,水工模型试验中分别采用高低坎加大消能、缩短无压段长度、控制闸门开度3种措施控制挑射水流落点,使其归入主河道,减轻了对对岸山体的冲刷,控制水舌落点效果较明显.     

黄登水电站燕尾型挑坎挑流消能适用性试验研究

针对黄登水电站泄洪消能原方案存在的问题,通过1∶50整体水工模型试验,研究了传统挑坎（窄缝坎、扩散坎、斜切坎）与新型燕尾坎在黄登水电站表、底孔上的适用性问题,分析了燕尾坎对挑流消能的影响。结果表明,与传统窄缝坎相比,燕尾坎对上游来流的适应性更好,挑坎边墙的动水荷载小,在拉近最近挑距、避免对右岸边坡和下游围堰堰脚冲刷的同时,减小了电站尾水区附近水流的波动,水垫塘内底板基岩的冲淤结果满足“护坡不护底”的要求,可供类似工程参考。