消力池渐变段体型对消能效果的影响

针对黄金坪泄洪洞消力池受地形地质条件的限制,消力池长度明显不足、水跃跃首流态较差、消能效果不理想的问题,通过水力学模型试验,调整优化了泄洪洞出口跌坎高度、挑角及坡度体型,并观测了消力池水流流态、水面线、临底流速、底板压强、出口流态和流速等水力特性指标。结果表明,与原设计方案相比,调整体型后的消力池流态得到了很好地控制、消能效果增强,消力池出池水面跌落和流速均有所减小,各项水力学参数指标满足设计要求,通过体型优化实现了在原有消力池长度条件下改善流态和增强消能的目的。     

山区弯道水流特性及消能选型

山区弯道水流特性复杂,消能工布置困难,为确定其适宜的消能工型式,分析了山区河流水流特性及工程中常用消能型式,并结合水工模型试验研究了不同消能工布置下弯道水流流态及消力池出口流速分布,提出在弯道出口处设置消力池加辅助消能工(消力墩+异形坝)的工程措施。结果表明,在消力池内设置消力墩和异形坝后,水流流态得到很好的改善,出池水流流速分布均匀,消能效果更好。     

公明水库进库闸环形溢流消力池水力特性研究

底流消能型式在水利工程中被广泛应用,但随着现代工程技术的发展,现有的矩形消力池、梯形消力池已不能完全满足工程需要,根据重力相似准则设计几何比尺为1∶10的水工模型,采用模型试验与Flow-3D数值模拟相结合的研究方法,以公明水库进库闸消力池为例,对环形溢流消力池的流态、泄流能力、流速、压强与消能率等水力特性进行研究。研究表明,溢流竖井内水流呈漩涡上升,溢流跌水呈贴壁流,消力池内无法形成完全水跃;环形溢流竖井泄流能力较等宽度等堰高的宽顶堰略小;溢流跌水在约11.80m的落差内迅速增大至12.60m/s,但水流跌入消力池后流速迅速减小,出池流速在1.70m/s内;消力池底板脉动压强最大值不会超过水流自身水位落差;环形溢流消力池综合消能率可达80.38%。由此可见,环形溢流消力池虽然在流态、流速分布、压强分布上不同于常规消力池,但同样能达到较好的消能效果,可供类似工程参考。     

多层泄孔运行方式对二级斜坡进口浅水垫消力池水力特性的影响

针对某水电站工程消力池体型不合理及调度运行方式不当而导致池内流态不良、消力池临底流速过大、底板冲刷破坏等问题,通过1∶45模型试验分析了二级斜坡进口式浅水垫消力池在多层泄洪孔不同运行方式下的水力特性。结果表明,新提出的消力池体型能够明显改善面流流态及水跃不稳定等问题,针对该工程,优先采用溢流表孔泄流比采用冲沙底孔泄流池内流态更佳,消力池临底及岸边流速更低,消能防冲效果更好。     

跌坎底流消力池在某高水头闸坝工程中的应用

针对高水头、大单宽流量闸坝工程消能问题,在分析传统底流消力池体型的基础上,提出将跌坎型底流消力池应用于高水头闸坝工程,并结合实际工程进行了水工整体模型试验,研究了消力池及下游河道水流流态、流速分布、下游河道水面线、河床冲刷情况。结果表明,跌坎底流消力池不仅体型简单、施工难度小,且在各种运行工况下均能获得稳定的流态及较高的消能率,可较好地解决高水头闸坝泄洪消能问题。     

动能及流速系数对挖深式消力池深度和长度的影响

为分析流速系数和动能系数对挖深式消力池深度及长度的影响,计算了某挖深式消力池工程在不同溢洪道流量、流速系数及动能系数组合条件下的消力池的深度及长度。分析结果表明,计算的消力池深度及长度随流速系数及动能系数的增大而增大。流量和动能系数一定时消力池深度、长度对流速系数变化的敏感性较大,流量和流速系数一定时消力池深度、长度对动能系数变化的敏感性较小,流速系数、动能系数一定时消力池深度随流量的变化趋势为先增大后减小,而消力池长度随流量的增大而增大。建议在进行消力池水力设计时,动能系数α可取中值为1.02～1.03,而流速系数φ的取值则需根据工程具体条件慎重选取。     

低弗劳德数趾墩悬栅联合消能工数值模拟

针对低弗劳德数水流在消力池内极易形成弱水跃且水面大幅波动的问题,在低弗劳德数情况下,利用RNGκ-ε紊流模型,分别对趾墩悬栅联合消能工与单一悬栅消能工所处流场进行数值模拟,系统分析了水深沿程变化及流速分布规律,得到联合消能结构作用下消力池内部水流流态及过栅绕流涡旋分布。结果表明,联合消能工能增大回流区漩涡尺度,加剧水流卷吸掺混强度,大幅提高掺气浓度,迫使跃前断面向下游推移,相对推移比接近26%,淹没度下降约10%左右,从而显著降低陡坡水流脉动;悬栅附近涡群具有更强的漩涡运动,主、回流间紊动混掺加剧,增强了下泄水流能量耗散。研究结果为同类工程中解决消能防冲问题提供了新思路和参考依据。     

T形墩消力池水力特性研究

对Ｔ形墩消力池的水力特性及体型进行了试验研究，并结合工程实例及前人的试验，给出了Ｔ形墩消力池水力特性的经验公式，可作为工程设计参考和应用。     

低佛氏数T型墩消力池水力特性试验研究

本文结合青海雪龙滩电站底流消能方案试验，对Ｔ型墩消力池的结构尺寸、水流流态、压力分布及其消能效果作了研究，并给出了Ｔ型墩消力池消能率计算公式及结构尺寸选择方法。     

海潮影响下低水头水闸消能结构优化研究

低水头水闸下游消能属于低弗劳德数水跃消能,容易发生波状水跃、消能不充分等消能问题,尤其在海潮影响下,水位变幅大,消能问题更加突出。为此,结合晋江滨海新区填海造地工程~#1水闸模型试验,针对原设计一级消力池容易形成波状水跃和消能率低的问题,提出了二级消力池的消能结构,并对消力池池长、池深、尾坎高程和辅助消能措施进行了综合优化。结果表明,优化后的二级消力池消能结构,改善了水流流态,提高了消能率,研究结果可为类似工程借鉴参考。     

含侧向进流的底流消力池水力学模型试验研究

因地形、地质条件的限制,某些工程需将消力池作为电站尾水排放通道,从而导致消力池在运行过程中出现侧向进流的现象。针对这种布置形式,结合某实际工程在1∶40的模型上对其水力特性进行了试验研究,观测了水流流速、尾水渠水位、水流流态等水力学指标,经对比分析,提出了一种较为合理、经济的侧向进流方式,即跌坎底流消力池+尾水涵管体型。试验结果表明,该体型不仅有效地利用了地形,还妥善解决了消能防冲与电站尾水衔接问题。     

金王寺水库共用消力池水工模型试验

针对金王寺水库共用消力池原方案中进口的中隔墙长度偏短,导致泄洪洞出流受溢洪道水跃影响,出口存在回水拍打洞顶的现象,根据模型试验提出延长中隔墙和泄洪洞出口段的措施,以减小二者出口流态的相互干扰,消除水跃回水拍打洞顶的威胁。结果表明,该措施有效可行,说明共用消力池水力设计重点是要处理好进口汇流处水流的相互影响,联合泄洪时应尽量使消力池内主流处于中轴线上,以充分发挥消力池的消能作用。     

宽尾墩后消力池底板脉动压强特性试验研究

以水工模型试验为依托,对宽尾墩+消力池联合消能形式中消力池底板的脉动压强特性进行了研究,认为宽尾墩体型、消力池长度、尾坎高度、上下游水位差ΔH及运行方式是影响消力池底板脉动压强特性的主要因素。分析了在各种因素的影响下消力池底板脉动压强特性的变化规律,为宽尾墩+消力池联合消能形式的设计提供了一定的参考。     

渐扩式折坡消力池的水力特性试验研究

以出山店水库枢纽工程南灌溉洞为例,针对原设计方案折坡等宽式消力池中存在水跃不稳定、流速分布不均及消能率低的问题,提出了完全渐扩式折坡消力池的修改方案,并通过物理模型试验研究了两种不同消力池方案的水力特性。结果表明,修改方案能增大消力池进口的弗劳德数,可明显改善原方案中流态流速分布不均、水跃不稳定问题,且能较大地提高消能率。     

增设检修平台对泄洪消能影响的水力特性试验研究

为了研究低水头、大单宽、低弗汝德数、下游水位落差变幅大的闸坝工程在其表孔消力池末端增设检修平台对泄洪消能的影响,以喜河水电站为例,采用水工模型试验的方法,对比进行了未设检修平台以及增设三个不同高程的检修平台等方案的试验,分析研究了在不同高程的检修平台下其泄流能力、流态、流速、压强、下游冲刷等水力特性的变化规律,试验最终得到了检修平台的最佳高程,希望能为以后的类似工程提供一定的借鉴意义.     

山区河流中小型闸坝工程消能方式比较

为分析消力池方案和急流护坦方案两种消能方式在山区河流中小型闸坝工程上的适用性,以浦西水电站为例,在1∶40的模型上对比分析了两种消能方式在水流流态、河道流速、下游冲刷程度、汛期排沙等方面的异同。结果表明,急流护坦消能方案在各种运行组合下均能获得稳定的流态,且便于汛期排沙,只要措施得当,下游冲刷程度能得到有效控制,较消力池方案更适用于山区河流中小型闸坝工程。     

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。     

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。     

角木塘水电站消能措施优化研究

以角木塘水电站的泄水建筑物（溢流堰和消力池）为研究对象,对原设计尺寸下溢流堰发生严重淹没水跃、消力池消能效率低下的问题,采用水工模型试验观测流态、测量流速、水深等特征值,计算水流收缩断面处的佛氏数和消力池的消能效率。据此提出修改泄水建筑物体型、调整消力池长度和增设辅助消能工等优化措施,从而提高了泄水建筑物的消能效率     

基于Flow-3D的高速水流无压溢洪洞内消能工数值模拟

针对目前高速水流消能形式存在的缺点,基于Flow-3D软件,采用RNGκ-ε模型、Tru-VOF法模拟了无压洞式溢洪道内消能墩附近的水流运动特性,结合洞塞式消能工的消能机理和水工模型试验,对比分析了内消能墩附近的水流流态、流速分布、压强分布、水面线和消能率等。结果表明,在控制断面束窄度的条件下,消能墩附近流态不会影响洞内安全,消能效果较好,消能墩对墩后水流影响距离较短,为在洞内设置多组消能墩提供了依据。研究成果可为类似工程提供参考。