U形弯道建闸对水流运动特性的影响试验

试验研究在U形弯道上建闸后水流运动特性的变化,结果表明弯道设闸使弯道不同位置凹岸、凸岸及中线水位产生显著差异,从而导致水面横比降变缓、水流动力轴线变光滑、流速分布变均匀,为深入分析建闸后弯道水流特性及建闸对泥沙运动、河床演变等的影响研究提供借鉴。     

在设计洪水位下某闸坝的过闸水流流态模拟研究

为了解某闸坝在设计洪水位时的过闸水流流态,采用Flow-3d有限元软件,对该闸坝进行了三维有限元模型的构建,并对过闸水流的下泄流量、自由液面和水深、流速分布、掺气分布及湍动能和能量耗散率等流态变化进行了模拟分析,得出下泄水流随时间的变化、各闸门的下泄流量、不同水深水流的流速分布、掺气分布及湍动能和能量耗散率等流态的变化及分布规律,为闸坝布置、结构等的优化设计提供科学依据,为今后类似闸坝等水工建筑物的设计提供参考。     

丁坝群对弯道水力特性影响的数值模拟研究

弯道螺旋流是弯道水流的特点之一,弯道环流会造成凸岸发生淤积,凹岸遭受冲刷,对护岸工程非常不利。在弯道中布设丁坝可有效减弱弯道螺旋流强度,改善水流流态,保护岸坡稳定。采用RNGk-ε湍流模型,应用VOF法捕捉自由水面,采用半隐式SIMPLE算法求解速度与压力耦合方程组,模拟在60°弯道内布设丁坝群后弯道水流特性。研究表明:数值模拟的水位、流速和试验数值据吻合良好。弯道内设置丁坝群后,可有效改善凹岸区域的冲刷及凸岸的淤积,主河槽的水深增加,水面横比降减小,说明丁坝群的布置在稳定弯道水流,防止岸坡冲於方面有较好的效果。     

船闸布置在弯道凹凸岸附近时通航条件分析

统计了枢纽中通航建筑物的布置现状,阐述了枢纽中船闸布置的有关规定,重点对通航建筑物布置在凹岸或凸岸附近时的边界、水流和航行条件作综合分析.分析表明:船闸布置在凹岸时的有利条件多于凸岸;当船闸引航道口门区处在弯道段时,会受斜向水流与弯道水流的共同作用,增加船舶(队)进出口门的难度;当连接段处在弯道段时,船舶(队)受到弯道水流与航线夹角和船队轴线与航线夹角的双重作用,船舶操舵较顺直河段困难.同时需研究船舶(队)回转半径与操舵角的关系.     

狭窄连续弯道河段航电枢纽平面布置原则探讨

依托湘江土谷塘航电枢纽工程,采用资料分析、整体定床水流模型与船模航行试验相结合的研究方法,对船闸分别位于狭窄连续弯道中的下游反向弯道凸岸和凹岸2种枢纽布置方案进行了研究,并结合其它将坝线布置在弯道段的已建或拟建的枢纽布置情况,对狭窄连续弯道河段枢纽平面布置应遵循的一些原则进行了探讨,提出对于上游为急弯、下游为反向弯道的狭窄连续弯道河段,当枢纽坝线位于下游弯道段时,宜采取将船闸布置于凸岸侧的分散布置方式。     

透水斜槛参数对溢洪道弯道水流改善效果的影响

为研究溢洪道泄槽弯道布置不同透水斜槛的水流改善效果,进行室内水工模型试验,对不同透水斜槛方案的弯道水流改善效果进行分析比较。结果表明:弯道布置透水斜槛能够改善水流条件,提高弯道水面均匀度,减小横断面水面差;当透水斜槛较高、条数较多而流量又较小时,将出现弯道凸岸水面高于凹岸的现象;利用回归分析方法,建立了考虑透水槛高、斜槛条数及透水率等参数的弯道水面改善效果预测模型,可供工程设计参考。     

连续弯曲河道点源污染物输运特性三维数值模拟

为研究连续弯道水流中污染物的输运过程，参考连续弯道水流标量示踪试验，构建了水动力-污染物耦合三维大涡模拟数值模型，分析了点源污染物不同横向和垂向释放位置对下游河道污染物浓度分布特性的影响。结果表明：连续弯道内的纵向流速、涡量与紊动能大小存在关联且二次环流对污染物的输运及混合起主导作用；点源在连续弯道进口的横向和垂向布设位置将显著影响污染物的混合速率和空间分布范围；当点源在横向上布置于弯道进口中心和中心偏凸岸处，或在垂向上布置于弯道进口底床或水深中间处，下游污染物的混合速率最大，且影响范围更广；近场的污染物混合速率和影响范围呈正相关关系；连续弯曲河道中，点源位置的差异对污染物混合的影响主要体现在单个周期的弯道内。     

弯道低水头拦河闸闸孔分流比试验研究

通过理论分析,结合模型试验,对处于弯道上的低水头拦河闸闸前的水流特性、闸孔的分流比及其影响因素进行了研究,探讨了闸孔分流比的计算方法。结果表明,由于枢纽对闸前水流的影响,使得闸前弯道水面横比降、纵比降显著减小,纵向垂线平均流速横向分布趋于均匀化。河槽总流量和枢纽轴线与弯道进口断面的夹角对闸孔分流比的影响较小。靠近凸岸的边孔泄流能力较弱,其余各闸孔分流较均匀。闸孔分流比的计算结果较为满意。这些对于保证闸址选择、水闸设计的经济性、安全性具有很重要的意义。     

建筑物组合布置时的水力特性研究与应用

为研究多种水工建筑物组合布置的水力特性问题,以铜陵市枞阳向阳河渠首工程河口闸枢纽为例,采用规范方法进行理论计算,初步确定工程总体设计和模型边界条件,然后利用有限元计算软件对河口闸进洪全过程进行模拟,明确水面线变化情况和水面波动特征,最后根据数值模拟结果优化原设计方案中建筑物布置与边坡护砌范围。表明基于RNG k-ε紊流模型能够较好地模拟水流在多建筑物组合布置时复杂结构中的流动状态,其结果同理论分析基本吻合,该分析方法可应用于类似工程的结构设计中。     

弯道处溢流坝闸孔水流水力稳定性分析及优化

为研究弯道对溢流坝闸孔水流水力特性的影响,探求弯道处水流进入闸室运动状态的优化措施,以某水库弯道处溢流坝为例建立物理模型。通过对不同流量级下试验数据分析,探讨弯道处某水库溢流坝闸孔挑流对左右岸稳定性、闸孔泄流能力的影响,同时运用 Flow-3d 软件设置导墙措施进行优化数值模拟。结果表明：水流在闸室以螺旋式向下泄流,且在闸室及溢流面上左右碰撞和交汇,使得水流极其不稳定,对左右岸稳定影响极大且降低闸孔泄流能力,对相邻闸孔泄流量增大值的幅度有所减小,最大差值从 1.95 m3/s 降为 0.95 m3/s;设置导墙可以有效减缓弯道对闸孔挑流的水力稳定性的影响,提高闸孔水流泄流能力,为弯道处溢流坝建设提供理论参考。     

平板闸门小开度闸后水流特性数值模拟

现采用Fluent软件进行数值模拟,结合高水头平板闸门小开度的水工模型试验,对影响闸后水流特性的主要因素闸前水头和闸门开度进行研究,运用Fluent软件建立合理的数学模型进行模拟计算,并将计算结果与物理模型试验实测数据进行对比,两者吻合良好,且能较好反应平板闸门小开度闸后水流特性。表明应用数值模拟的方法研究平板闸门小开度闸后水流特性是可行的,并对数值模拟结果进行分析,得到相关规律。     

基于明满流瞬变计算方法的大型灌区输水隧洞最优泄水流量计算

为了明确输水隧洞内的明满流水力瞬变过程以及优化泄水闸的泄水流量,介绍了圆形输水隧洞中明满交替水流水力瞬变计算原理和方法。以某大型灌区干渠工程为例,根据窄缝法计算原理,采用显式差分中的扩散法,对圆形输水隧洞中的明满交替水流进行了水力瞬变计算研究。给出了圆形隧洞瞬变流计算的水力要素计算公式,得到了输水流量变化时隧洞不同断面的水深或压力随时间的变化曲线。结果表明:当圆形隧洞水位封顶时,隧洞中的水压力越靠近下游断面,压力突升越剧烈;明流状态下节制闸关闭时间对隧洞内最大水深影响较小,隧洞内的最大水深随着泄水闸泄水流量的增加呈线性减小的趋势,根据数值模拟计算给出了泄水闸合理的设计泄水流量。研究成果可为输水隧洞工程的设计提供借鉴和参考。     

巢湖兆河分洪闸泄流特性试验研究

受周边地形条件及环境限制,巢湖兆河分洪闸与河道呈垂直布置,进流条件不利。针对分洪闸与河道垂直布置这一特征,分别对开敞式和涵洞式分洪闸进行了水工模型进口流态试验分析,结果表明涵洞式分洪闸进流流态优于开敞式分洪闸,能更好地保证各闸孔的均匀进流。针对涵洞式分洪闸方案,研究了分洪闸敞泄和控泄的泄流能力,指出敞泄状态下进口行近流速对流量计算影响明显,在水闸规划设计中,应计入行近流速影响。为改善消能效果及出口水流与下游的衔接,进行了多方案消能防冲改进试验,结果表明尾坎作为一种冲击式消能工布置在挖深式消力池末端,可使出口水流流速分布更加均匀并与下游水流衔接更为平顺,明显增强消能防冲效果。     

导流墙对闸后三元水流特性的影响

为避免或减轻多孔水闸少数孔开启时产生的突扩式三元水跃及次生二次水跃对闸后防冲设施及河道的冲刷破坏,针对平板闸门单孔开启和连续3孔开启情况,在消力池中分别设置4种不同长度导流墙,通过物理模型试验和三维数值模拟研究了相应水跃特性及流速、流态特征。模型比尺采用1:100,数值模拟采用RNG k-ε紊流模型和VOF方法。结果表明:在连续3孔闸门开启,闸门开度为1 m的试验条件下,导流墙长度为消力池长度的50%, 60%, 75%和100%时与未加导流墙情况相比,跃后水深分别降低了4.16%, 1.66%, 1.94%和2.22%;二次水跃距离分别缩短了17.14%, 14.29%, 2.86%和1.43%。导流墙长度为消力池长度的50%时跃后水深与二次水跃距离降幅最大,海漫上流速分布更加均匀。试验结果可为闸下消能设计和工程运行管理应用提供借鉴和参考。     

向家坝水电站泄洪消能关键技术研究与实践

向家坝水电站泄洪消能具有"高水头、大单宽流量、泄洪频繁、多泥沙"的特点,其泄洪消能方式受雾化、通航、排沙以及地质条件等方面的制约;通过采用高低坎泄洪消能方案,攻克了向家坝水电站泄洪消能技术难点;达到了雾化影响小、消能效率高、消力池临底流速小、下游水流平顺、泄洪运行方式灵活、悬移质能安全过坝的效果。模型试验、数值分析和原型监测成果表明,立轴漩涡临底强度较低,原型监测尚未观测到立轴漩涡;磨蚀、水流空化、闸门流激振动等方面的水力特性都在允许的范围内;经受了三个汛期的泄洪考验。下游县城紧邻水电站,且局部城区位于古河道的不利地质条件,部分泄洪工况时出现了下游县城局部区域房屋门窗振动现象。通过溪洛渡、向家坝两库联合调度和优化闸门运行方式,振动强度得到显著减小,使门窗振动问题得到有效控制,各项振动量值均在国家规定的人身舒适性评价标准的容许限值之内。     

弯曲河段水流水质二维数值模拟

弯曲河段水流水质受曲折岸线、水面横比降、复杂地形及相关水工工程等各种因素影响，是水环境问题研究中水动力及水质数值模拟计算的难点之一。采用调节因子为微分表达式的Poisson方程生成正交拟合曲线网格，较好地反映了弯曲河段实际岸线变化；计算模式引入双方程紊流模型，以对弯道产生的局部副流进行模拟，经长江三峡工程坝址河段水流水质的实例计算，取得了较为理想的效果。     

铜鼓河整治工程拦河建筑物方案比选

为了合理确定铜鼓河整治工程中拦河建筑物结构形式,拟定了常规水闸、橡胶板、水力自控翻板闸3个方案,从功能要求、运行管理、施工、景观及投资等方面进行对比分析,最终推荐采用水力自控翻板闸方案。     

旺罗水闸布置优化试验研究

通过物理模型试验优化了旺罗水闸拦河闸及船闸的体形和布置,妥善解决了拦河闸下游消能防冲问题,满足了船闸通航水流条件的要求。试验成果可为类似工程设计提供参考。     

下卧式闸门消能防冲水力学问题研究

苏州河河口水闸采用水下卧倒门,运行时门顶溢流。闸门门顶溢流是典型的湍流流动问题,局部流速大,且流态复杂,对河床的冲刷能力大。采用解析计算、数值模拟与物理模型试验相对照的方法。对苏州河河口水闸的消能防冲水动力学问题进行专题研究,揭示不同工况下水闸运行对上下游河床的冲刷及工程区的局部流动规律,研究最大流速及其出现位置,确定消能防冲的保护范围,进而为水闸工程设计及工程方案优化提供科学依据。