溢洪道消能方式的选择探讨

以新疆克孜河水库枢纽为背景,结合物理模型试验,对其溢洪道建筑物传统底流消能和跌坎型底流消能方式的水力特性展开比较分析,并进行了跌坎型底流消能工冲击区时均压强经验公式的推求,对入射角、入池能量、跌坎深度等因素变化下跌坎型底流消能工淹没射流区主流轴向时均速度衰减规律进行总结,可作为跌坎型底流消能方式应用的参考。     

跌坎型消能工附壁射流区域掺气特性试验

采用水力学试验的方法,测量了弗劳德数为3.08~5.42时,跌坎型底流消能工在不同流量、跌坎深度以及入射角度下,附壁射流区及其附近水域的掺气浓度值,通过对比分析,得到入池流量、跌坎深度以及入射角度对该区域掺气浓度沿程分布的影响规律。试验结果表明:在本试验条件下,当入射角度、跌坎深度一定时,该区域掺气浓度随入池流量的增大而增大;当流量一定、单一改变跌坎深度或单一改变入射角度时,该区域掺气浓度值无明显变化;无论入池流量、跌坎深度、入射角度改变与否,该区域临底掺气浓度均沿程呈现出先增大后减小的规律,而其他水深断面的掺气浓度则沿水流方向呈沿程衰减的规律。     

跌坎型底流消能工冲击区时均动水压强计算与试验研究

应用平面紊动射流理论,对跌坎型底流消能工消力池内水流流态进行分区,并分析了冲击区水流结构。同时根据动能势能转化原理,采用坐标转换的数学方法,推导出跌坎型底流消能工冲击区时均压强的经验公式。最后,利用水力学模型试验,验证了该公式的合理性,并通过改变入池能量、入射角度、跌砍深度等条件,分析了跌坎型底流消能工冲击区时均压强的变化规律。     

跌坎型底流消能工淹没射流掺气浓度分布规律试验

采用水力学试验的方法,测量了跌坎型底流消能工在不同流量、跌坎深度下,淹没射流区的掺气浓度值,并通过对比分析得到入池流量与跌坎深度对该区域掺气浓度沿程分布的影响规律。试验结果表明:跌坎深度一定时,掺气浓度随入池流量的增加而增加;流量一定时,跌坎深度越大,掺气浓度越小;不论跌坎深度、入池流量改变与否,该区域掺气浓度沿射流流程均呈现先增大后减小的规律;经综合分析入池流量、跌坎深度、射流流程与掺气浓度的关系后,文中给出了射流轴线处掺气浓度计算的经验公式,该公式计算值与实测值基本吻合。     

跌坎型底流消能工水力特性的试验研究

采用水力学试验方法，对跌坎型底流消能工的水流流态、时均动水压力分布以及临底流速进行了分析。并对影响消力池水力特性的跌坎深度和水流入池角度进行了研究。研究表明跌坎型底流消能工能有效解决高水头、大单宽流量消力池水力学指标过高的问题。     

跌坎型底流消能工再附点数值模拟

采用Fluent软件对跌坎型底流消能工消力池再附点位置速度、压力进行数值模拟,结合跌坎型底流消能工消力池再附点变化的水工模型试验,对影响消力池再附点位置速度和压力变化因素水流的入池角度、入池能量和跌坎深度进行研究。运用Fluent软件建立合理的数学模型进行模拟计算,将数值模拟计算结果与试验实测数据进行比对,得到的数值模拟计算结果与试验实测数据基本一致,并对数值模拟成果进行分析,得到再附点位置速度、压力随入池角度、入池能量和跌坎深度变化的相关规律。     

跌坎型底流消能试验研究

为了减小高坝泄洪雾化的影响,对比传统底流消能工,进行了水工模型试验。通过试验,对跌坎型底流消能工的水流流态、临底流速以及脉动压力分布进行了研究分析,结果表明：跌坎型底流消能工可大大降低临底流速,减小消力池底板上的脉动压强,消能效果较好;同时还可抬高消力池底板高程,缩短消力池长度,节省较多的工程量,经济效益明显。     

跌坎型底流消能工淹没射流区流速衰变规律

跌坎型底流消能工消力池内的流态为淹没射流和淹没水跃的混合流态,为了解淹没射流区的水力特性,应用紊动射流理论,分析了淹没射流区主流的扩散规律、主流轴向最大时均速度的衰变规律。采用水力学试验方法,借鉴目前研究成果的基础上,开展了淹没射流区主流轴向最大时均速度衰变规律的研究。通过试验研究结果,推导出以入池角度为控制目标的跌坎型底流消能工淹没射流区主流轴向最大时均速度衰变的半经验公式。     

连续跌坎型底流消能工水力特性的影响因素研究

通过大量的试验,测量了消力池底板压强分布规律、池内流态和流速分布,着重分析了入池水流单位重量水体能量、入池角度和跌坎高度的变化对消力池底板冲击压力、临底流速、池内流态及消能率的影响。研究表明,连续跌坎型底流消能工的跌坎高度与入池角度之间存在一种最优组合,可既保证消力池中消能率高,又能满足临底流速和底板动水冲击压力小的要求。该研究成果可为工程设计提供一定的科学依据。     

入池角度对跌坎型底流消能工水力特性影响的数值模拟

跌坎型底流消能工是在常规底流消能工基础上发展起来的一种新型消能工.就入池角度对跌坎型底流消能工水力特性的影响进行数值模拟,并将模拟结果与试验数据对比分析.二者基本吻合.表明数值模拟方法有效可行.同时,研究发现入池角度对跌坎型底流消能工水力特性影响较大,选择合适的入池角度以提高消能效率是确定该型消能工体形的关键之一.     

跌坎底流消能工在高坝泄洪消能中的实验研究

跌坎型底流消能工是一种新型的消能工,其入池水流在主流上下形成漩涡和强剪切紊动进行消能,提高底流消能率。通过某大型水电站水力学模型试验,对几种不同的底流消能工进行了对比研究,表明跌坎的存在可以有效地降低消力池临底流速等水力学参数,改善消力池内水流的流态,极大提高了入池水流的水力学指标,保证其运行安全,满足高水头、大流量泄洪消能工的要求,为底流消能应用于高坝建设提供了参考和借鉴。     

跌扩型底流消能工特征流速影响因素试验研究

通过水力学模型试验,着重分析了跌坎深度、突扩比和弗劳德数对跌扩型底流消能工的最大临底流速和最大临边墙流速的影响。结果表明:在跌扩型底流消能工中,选择合适的跌坎深度、突扩比和入池水流弗劳德数能有效降低消力池内最大临底流速和最大临边墙流速,在一定的最优组合下,可满足消力池底板和边墙处最大流速较小的要求,避免底板和边墙的冲磨破坏和空蚀破坏。     

跌坎型底流消能流态转捩及控制研究

跌坎型底流消能工是一种建立在常规底流消能工基础上的新型消能工。通过理论分析得出,跌坎型底流消能工消能率随着跌坎高度与上下游水深的变化而发生变化,且不同入池Fr下,满足消能率所需坎高与水深不同。结合某大型水电工程进行验证,针对上游相对水位120.0~140.0 m、下游相对水位40.0~50.0 m,跌坎型消力池内水流流态特征进行分析。研究结果表明,跌坎型消力池内水位波动最大值发生在跌坎下游50~100 m范围内;随着跌坎型消力池跌坎高度的变化,消力池内水流可呈现出三种不同流态特征;当跌坎断面采用收缩体型后,跌坎高度可得到提升,有效地保障消力池内水流流态稳定和消能效率,改善消力池内临底水力学指标。     

跌坎型底流消能工冲击区时均动水压强分布 与抗冲磨强度确定

在跌坎型底流消能工消力池内水流流态分区的基础上,根据自由紊动射流理论,得出不同入射角度下冲击区时均动水压强半经验公式。利用冲击区底板时均动水压强分布图,在角度和流量不变的工况下,跌坎的变化对底板时均动水压强的影响,以及角度跌坎不变的工况下,流量的变化对底板时均动水压强的影响,显示出冲击区最易遭受冲磨与破坏的区域。以某水库工程为例,由实测数据推求经验公式相关参数,验证经验公式的可行性,进一步结合临底流速求出消力池底板混凝土抗冲磨强度分布图,对底板分区,为合理确定消力池底板混凝土强度等级提供参考。     

不同跌扩组合对扩散式泄槽底流消能水力特性影响研究

通过水工模型试验,研究跌扩型底流消能工进口接扩散角为3°的扩散式泄槽,在不同跌坎深度、不同边墙突扩宽度的组合下,其消能工内临底流速、时均压强、脉动压强方差值以及尾水渠水流流态的变化情况。结果表明:当跌坎深度由0.05 m增加到0.10 m,边墙突扩宽度由0.30 m增加到0.35 m时,消力池内临底流速降低、时均压强逐渐回升,尾水渠水流较为平顺。进一步增大跌坎深度和边墙突扩宽度,消力池内水力特性和出口水流流态虽继续改善,但效果已不明显。     

宽尾墩-跌坎型底流联合消能工水力特性试验研究

通过水工模型试验着重分析比较了宽尾墩-跌坎联合消能工与跌坎以及常规消能工消力池内的水流流态、临底流速以及脉动压力等,并根据试验结果拟合分析了该联合消能工的强迫水跃长度公式。试验结果表明,该种新型的消能方式改善了跌坎消力池内的水流流态,降低了消力池内的临底流速和脉动压力,缩短了消力池的长度,减轻了下游河道的冲刷,并且能很好地利用宽尾墩良好的消能率,克服宽尾墩挑射水流对消力池底板的冲击问题,为类似工程提供了参考,同时也丰富了泄洪消能工的型式。     

跌坎型底流消力池的水力特性与优化研究

本文以向家坝高水头大单宽流量水电站为例，对旨在降低消力池临底水力学指标的跌坎型底流消力池进行了系列水工模型试验，研究了不同跌坎高度的消力池水力学特性。研究成果表明，连续跌坎的采用有利于降低消力池临底流速，其应用效果取决于跌坎高度，但跌坎的存在也改变了消力池内的水流流态，对底板脉动荷载与消力池的消能效率有较大影响。对有溢流表孔与中孔的泄水建筑物采用适度收缩泄水孔出口的布置方式，可以起到稳定消力池水流流态、增进消能效率的作用，同时有利于减轻泄洪雾化。     

阿尔塔什水利枢纽工程底流消力池临底流速及体型优化试验研究

通过阿尔塔什工程1#深孔的单体水工模型试验,研究了消力梁、消力墩、尾坎底高程、尾坎位置、消力池底板高程、跌坎等对消力池中线临底流速沿程分布及最大临底流速的影响。结果表明:消力梁和消力墩均能降低消力池最大临底流速,消力墩对临底流速的影响大于消力梁;降低尾坎高程或尾坎前移都会导致消力池最大临底流速增大;加设跌坎或降低底板高程均能减小消力池最大临底流速,降底底板高程、加设跌坎的消力池体型的最大临底流速相比于原设计体型降幅相当。综合考虑消力池临底流速及其他指标,在原来设计体型的基础上,消力池底板高程降2 m方案合理。     

突扩边墙对扩散式泄槽底流消能水力特性影响研究

为了降低出口单宽流量,减轻下游消能压力,高水头泄水建筑物常在出口段设置扩散式泄槽。文章通过水工模型试验,研究在消力池一定跌坎深度、边墙不同突扩宽度下,扩散式泄槽跌扩型底流消能底板临底流速、时均动水压强以及动水压强峰峰值的变化规律。研究结果表明:消力池宽度从20cm(扩散式泄槽末端宽度)突扩至30cm时,底板临底流速、冲击区附近底板动水压强峰峰值最大,时均动水压强最低;消力池宽度突扩至35cm时,底板临底流速、冲击区附近底板动水压强峰峰值均明显降低,但底板时均动水压强有所增加;消力池宽度继续增大至40cm时,底板临底流速、动水压强等水力特性变化已不明显。     

跌扩型底流消能工压力分布特性的试验研究

通过水力学模型试验着重分析了突扩比、跌坎深度和入池水流弗劳德数Fr0对消力池底板冲击区动水压力的影响。研究结果表明,在跌扩型底流消能工中,选择合适的突扩比、跌坎深度和入池水流弗劳德数Fr0,能有效降低消力池内底板和边墙的水力学指标。他们在一定的最优组合下,可既保证消力池中消能率高,又能满足消力池底板和边墙处动水冲击压力小的要求,避免造成底板板块的失稳破坏。