X型宽尾墩与阶梯溢流坝联合消能的三维流场数值模拟

宽尾墩与阶梯溢流坝联合消能是一种新型坝面泄流形式的消能工。由于宽尾墩和阶梯的共同作用，其水流表现为很强的三维特性，水气二相混掺剧烈，目前对其流场的三维数值模拟还未见报道，本文采用双方程紊流模型对X型宽尾墩-阶梯溢流坝联合消能的三维流场进行了全场数值模拟，给出了压力特性、流速分布、阶梯及宽尾墩墩后水气两相流的部分特性，计算结果与模型试验数据对比，两者吻合良好，计算发现，在第一级阶梯脱体处存在负压，随后在试验中得到了验证。研究结果表明，采用X型宽尾墩-阶梯溢流坝联合消能，阶梯坝面上能形成明显的纵、横向旋滚，提高了消能效果。     

X、Y型宽尾墩水力特性研究

基于重力坝表孔泄洪的水工模型试验,研究了X型宽尾墩和Y型宽尾墩的泄洪流态、底表层流速、压力以及消能率。在不同泄流量以及闸门开度和下游水深的条件下,对不同体型宽尾墩的水力特性进行比较分析。试验结果表明：X型宽尾墩的最大临底流速比Y型宽尾墩小6.9%,X型宽尾墩的最大表层流速比Y型宽尾墩大8.12%,X型宽尾墩的消力池底板最大压力比Y型宽尾墩大43%,Y型宽尾墩的消能效果稍好于X型宽尾墩。     

宽尾墩与台阶坝面联合消能工的试验探索

通过对宽尾墩与台阶坝面联合消能工的机理分析,借助工程水力学模型试验,提出一种新型宽尾墩———X型宽尾墩。这种宽尾墩能适应大小流量的变化,具有良好的消能效果,消能率达60%～70%,比常规宽尾墩消能率高5%～10%;产生的射流对消力池底板的最大冲击压力,比常规宽尾墩小30%。因此,X型宽尾墩具有广阔的应用前景。     

开口式Y型宽尾墩的体型及消能效果

开口式Y型宽尾墩是在Y型宽尾墩的基础上提出的，是一种新型辅助消能工。依据水工水力学模型，对开口式Y型宽尾墩的体型及消能效果进行了试验。研究证明，该消能工除了具有Y型宽尾墩的水流特点外，还将墩后的无水区利用起来，通过开口形成一道挑射水流，在墩后不远处交汇并横向扩散、掺气入池。经过Y型墩的纵向、竖向拉开扩散，再加上墩后无水区挑射水舌的横向扩散，不仅提高了坝面消能率，而且还将由宽尾墩集中起来的入池能量的一部分分散开来，增大了池内消能效果，减轻了对下游河床的冲刷，同时降低了阐室水面线，加大了闸孔的泄流能力。     

与宽尾墩联合使用的台阶面水流近底流速特性

通过工程原型与模型试验资料的类比分析,结合台阶面水流流态特点,对与宽尾墩联合使用的台阶面水流近底流速特性进行了研究.研究结果发现,台阶面坡比及台阶高度对台阶面水流近底流速分布影响很小,近底流速随台阶位置在下游尾水中深度的增加而减小,在尾水面以上,近底流速沿程变化很小,其值仅与堰上水头和宽尾墩形式有关.堰面采用Y型宽尾墩时,台阶面近底流速为21.5～23.5 m/s;采用X型宽尾墩时,近底流速为19.5～21 m/s;无墩时,近底流速为16～19 m/s.     

开口式Y型宽尾墩的体型及消能效果

开日式Y型宽尾墩是在Y型宽尾墩的基础上提出的，是一种新型辅助消能工。依据木工水力学模型，对开口式Y型宽尾墩的体型及消能效果进行了试验。研究证明．该消能工除了具有Y型宽尾墩的水流特点外，还将墩后的无水区利用起来，通过开口形成一道挑射水流，在墩后不远处交汇并横向扩散、掺气入池。经过Y型墩的纵向、竖向拉开扩散，再如上墩后无水区挑射水舌的横向扩散、不但提高了坝面消能率，而且还将由宽尾墩集中起来的入池能量的一部分分散开来，增大了池内清能效果，减轻了对下游河床的冲刷，同时降低了闸室水面线，加大了闸孔的泄流能力。     

用于大单宽泄洪台阶坝面上的一种新型宽尾墩

近年来，宽尾墩＋台阶坝面＋消力池的联合消能工形式,在工程中不断得到发展与应用，但这些工程单宽泄量均不大于200m^3/s.m。在乌江索风营水电站水工模型试验的基础上，为台阶坝面的使用提出一种新型宽尾墩－X型宽尾墩，用以取代传统宽尾墩，这种宽尾墩与台阶坝面，消力池联合使用，既发挥了台阶坝面的消能作用，使宽尾墩＋台阶坝面＋消力池这种综合消能形式能够推广到大单宽泄洪建筑物上，同时也为台阶式坝面的发展直到一定的促进作用。     

曲面X型宽尾墩闸室内水力特性模拟研究

为了高精度模拟水流通过水工建筑物时的流场特性,采用CLSVOF法并引入RNGκ～ε紊流模型的新型数值模拟方法,对某水电站曲面X型宽尾墩泄流时的水力特性进行了三维数值模拟研究,获得了宽尾墩闸室内水流流态、水面线、流速、压力等水力参数.数值模拟结果与物理模型试验结果吻合良好,验证了CLS-VOF数值模拟方法的可靠性.     

溢流表孔Y型宽尾墩与消力塘联合消能数值模拟

基于果多水电站,采用标准双方程紊流模型,结合VOF模型追踪自由表面,对几何模型进行分区处理及采用非结构化网格进行网格剖分,对Y型宽尾墩窄缝消能与消力塘联合消能泄流场进行了三维数值模拟。通过模拟,得到了泄流场整体流态,并对溢流表孔中线X向和Y向流速分布、消力塘内流速分布、溢流面和消力塘底板的压强分布进行了研究。经2016年4月至2016年11月过流情况的监测,大坝溢流表孔实际水流流态、消力塘水位等特征参数与数值计算结果基本吻合,计算结果较为理想。     

阶梯溢流坝和宽尾墩及消力池组合消能的水流数值模拟研究

采用两相流模型,辅以Realizable k湍流模型,来模拟阶梯溢流坝和消力池组合以及阶梯溢流坝、宽尾墩和消力池组合两种联合消能工的水力特性,获得了流速场、压强场、紊动动能及紊动动能耗散率等物理参量的分布。网格划分采用了分区域划分:模型中任何形状不规则的复杂部分采用非结构网格划分,对形状规则的部分则采用了结构网格划分,并根据流动梯度的大小安排网格的疏密程度。采用有限体积法对控制方程进行离散。采用了VOF法处理自由水面,使用PISO算法求解速度与压力的耦连方程组。比较分析了两种消能工在速度场、压强场、紊动动能及紊动动能耗散率的差异。研究结果表明:受宽尾墩的影响,坝面及消力池中的流速均小于无宽尾墩的情况,而台阶坝面的压强明显高于无宽尾墩的情况;在消力池中紊动动能及其耗散率均大于无宽尾墩的情况。可见,阶梯溢流坝、宽尾墩和消力池组合消能工的消能优于无宽尾墩的情况。     

3D NUMERICAL SIMULATION ON WATER AND AIR TWO-PHASE FLOWS OF THE STEPS AND FLARING GATE PIER

1. INTRODUCTION Withtheincreasingofthenumberofthehigh damandtheunitdischargethroughthespillway, theexpertsandscholarshavepaidmoreattention tothemethodofenergydissipation.Asetofphys icalexperimentalresearchonsteppedspillwayhas beencarriedout[1,2].Innumericalsimulation,Un amietal.[3]gavethetwo dimensionnumerical modelofspillwayflow,andSongetal.[4]calculat edthefreesurfaceflowoverspillway.Liuetal.[5] simulatedthewaterflowoveraweirwith2Dk ε turbulentmodel.Xuetal.[6]calculatedthe3Dcompl…     

百色水利枢纽泄水建筑物设计

泄水建筑物为表孔与中孔双层布置，采用表孔宽尾墩──中孔跌流──消力池联合消能工，经水工模型试验验证，水力条件满足设计要求。     

斯登沃代一级水电站消能试验研究

为了取得柬埔寨斯登沃代一级水电站工程合理的消能方案,通过对消能工的窄缝方案、宽尾墩—窄缝方案、二道坝方案、"宽尾墩+跌坎式消力池+水跃坎"等多种方案分别进行优化组合,进行水工模型试验,并对测试成果进行比较分析。结果表明,提出的"宽尾墩+跌坎式消力池+水跃坎"联合消能工方案能很好的解决工程的消能防冲难题。该方案消能效果最佳且节省了工程量,得到该工程设计部门的采纳应用。     

宽尾墩—消力池的简化计算方法

本文对含有分流的水跃方程的特性进行了讨论，提出了宽尾墩—消力池等效分流比的概念，利用安康等几个工程的试验资料给出了等效分流 比和的关系，讨论了宽尾墩—消力池优于平尾墩消力池的条件，并用算例表明了用等效分流比估算宽尾墩—消力池的跃后水深或选择宽尾墩的收缩比是非常方便的。     

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。     

岸边溢洪道中宽尾墩—消力池消能的水力特性研究

在阐述宽尾墩—消力池联合消能的基础上,将宽尾墩消能的思想运用到岸边溢洪道的消能防冲上。通过试验表明这一消能形式较其它方案消能充分,下游冲坑小,同时还可以大大缩短消力池的长度,取得了较好的效果。     

中低水头宽尾墩联合消能工的应用与认识

通过几个工程实例,证明宽尾墩联合消能工应用于中低水头能够得到与高坝相同的消能防冲效果。这些实例包括了消能工的常规形式,因而具有一定的代表性。分析比较表明,从选择闸墩收缩比ε入手,借助经验公式Fr=6.56ε2-3.71ε+2.98初选收缩起始断面位置的方法有助于宽尾墩的设计与应用。     

X型宽尾墩的动水荷载特性及体型优选研究

利用BP人工神经网络的非线性映射功能,结合水槽中两种主要消能形式的模型试验,以流场中作用在板块上表面实测脉动压力为变量,构建了一个简单的上举力预测系统.经过实测资料验证,该系统预测效果较好.本文的研究成果对消力池安全实时监测具有一定的意义.     

与宽尾墩联合使用的台阶面水流压强特性研究

 随着RCC筑坝技术的发展,宽尾墩与台阶面联合消能技术已先后在许多工程中得到应用。通过工程原型与模型试验资料的综合分析,对不同体型及使用条件下,与宽尾墩联合使用的台阶内部压强与总体压强分布规律进行了研究。研究结果表明：台阶内部压强分布规律及台阶总体压强分布规律主要与堰面使用的宽尾墩形式有关,台阶坡比对台阶面总体压强影响幅度较小,台阶高度几乎不产生任何影响。