高坝施工导流洞改建为旋流竖井式泄洪洞的水力特性研究

为了研究旋流式竖井泄洪洞的水力特性,结合某水利枢纽施工导流洞改建为旋流竖井泄洪洞水工模型试验的部分研究成果,通过大量的优化试验研究,分析了竖井涡流消能工况的流态、压力分布、流速分布、消能率等水力特性.试验研究结果表明,这种旋流竖井式泄洪洞消能效率可达88%以上,涡室与竖井的水流流态比较平顺,压力分布合理.所得结论为旋流竖井泄洪洞的设计提供了依据,可为类似工程参考.     

多股多层水平淹没射流的试验研究

从模型试验的角度，测量了消力池内底板压力分布规律、水面流态、流速分布和脉动压强，着重分析了泄水孔出口体型、表中孔高程、跌坎形式、表中孔间中隔墩长度等体型参数对流态稳定性、水力特性和消能率的影响，研究了消能机理。研究表明，该新型消能形式具有流态稳定、适应性强、低雾化、高消能率的特点。结合某实际工程，提出中孔泄槽以等宽或微收缩为宜，表中孔最优坎高差应大于中孔水流的主流水深、延长隔墩有利于稳定水流流态等建议，为工程设计提供了科学依据。     

基于Flow-3D软件的消能池三维水流数值模拟

基于Flow-3D软件,采用RNG k-ε三维水流数学模型、VOF方法和单相流体模拟消能池水流流动,应用GMRES方法求解离散方程.根据设计提出的闸下三级消能池方案,不仅验证了水闸的泄流能力,还计算了消能工况水流条件下消能池的水流情况,并且结合水工模型试验具体分析了消能池中的水流流态、流速分布、水面线和消能率等水力特性.结果显示计算的泄流能力、水流流态与模型试验的非常接近,流速和水面线的吻合度也很高.计算结果还提供了Fr值、紊动能分布图和流速矢量图,比较全面地反映了三级消能池的水流和消能情况,同时也表明该软件模型具有可行性与实用性.     

淹没型旋流竖井泄洪洞流态过渡的数值模拟研究

旋流竖井泄洪洞的工程技术难题之一是：高尾水位淹没出流时的泄洪洞排气难, 出口易发生气爆。对此,本文采用数值模拟的方法,结合某泄洪洞工程开展了相关的研究,获得了各个流段不同的水流流态、流速、压强以及消能率的沿程分布和特性,计算结果与实验结果符合良好。分析了水流由强紊动掺气状态过渡到有压流动状态的转换机制及其对结构的影响,研究表明,泄洪洞内水平段可分为掺混消能区、气泡逸出区、气体排出区和平稳流动区,其中掺混消能区是消杀能量的主要区域,该新型旋流竖井泄洪洞在淹没条件下,气体能够顺利排出,流态转换平顺,压强分布平稳,可为类似工程参考。     

阳升观台阶溢洪道水流数值模拟研究

采用RNG k-ε紊流模型对阳升观台阶溢洪道水力特性进行数值模拟,分析了台阶面水流流态和流场分布情况,并与模型试验对比,结果表明数值模拟的计算成果是准确可靠的。在此基础上,进一步研究了台阶面的流速分布、压力分布、消能率以及紊动能和紊动能耗散率的分布特点。研究表明,台阶面流速从台阶内部至水面逐渐增大;台阶面最大压力出现在台阶水平面上,最小压力出现在台阶竖直面上,且为负压;台阶面水流消能率与台阶级数存在良好的线性关系;紊动能和紊动能耗散率顺水流方向逐渐增大,直至形成均匀的滑移流,两者达到最大。     

基于体型参数组合的Y型宽尾墩水力特性

水流经过宽尾墩后由于收缩挤射,产生三面掺气的大曲率水气交界面,流态异常复杂.利用数值模拟方法对Y型宽尾墩体型参数变化时的水力特性进行了分析研究.采用逐步收敛法比较分析12种不同体型宽尾墩泄流时的流态、水面线与流速分布、宽尾墩始折点处的佛汝德数及消能率等水力特性参数的变化规律.研究结果表明:随着宽尾墩收缩比增大,墩后水舌交汇点下部空腔增大,底流速整体上增大,佛汝德数增大,消能率略有降低;随着宽尾墩墩长增加,出闸水流的跌流趋势更加明显,流速增长加快,佛汝德数减小,消能率略有降低;随着上顶点与始折点高差增大,闸室内水面线升高且壅水效果更加明显,闸室内水流流速加大而消力池段流速反而减小,佛汝德数增大,消能率略有增加;随着始折点与上缩点高差增大,出闸水流纵向拉伸幅度降低,跌流趋势更加明显,佛汝德数增大,整体流速略微增大,消能率减小.     

泄洪闸三维流态CFD优化分析

采用最新CFD方法对具体工程泄洪闸水流流态进行模拟分析.先给出了数学模型和计算方法;然后结合模型实验成果,用CFD详细分析了泄流能力与水面线、压力、流速等流场参数的规律性,弄清了不良流态的原因;进而提出加大侧墙弧度以消除吸气漩涡及加大孔口断面避免脱流的措施,通过3个方案对比分析验证了其效果,并得出最佳方案的泄流能力、进水口流态及泄槽内流态、压力和速度的分布规律.     

一字闸消能形式试验研究

为了探讨一字闸下游的最佳消能形式,本文根据一字闸水流特点,提出四种底流式消能工进行对比实验,通过对水流流态、流速分布、消能率等因素的综合分析,认为对渠系建筑物中的小型一字闸,选取挖深式消力池做消能工即能满足工程需要.     

中庄水库泄流出口消能研究

中庄水库泄流出口消能设计采用多喷孔无控制泄流的新型消能方式,多喷孔淹没对称向四周喷射出流,通过水与水、水与侧壁的碰撞进行消能.通过模型试验研究表明,其消能率达到87%,消能效果显著,且结构简单,可供类似工程参考.     

基于准自由涡分布的阻塞旋流泄洪洞流场分析

为解决高坝泄洪建筑物亟待解决的高速水流问题,提出了新型的阻塞旋流泄洪洞。本文采用试验研究和理论分析相结合的方法,对该类泄洪洞在不同阻塞体型下的流态、泄流量、壁面压强、空腔直径、旋流角和流速等水力特性进行了研究,并在此基础上基于准自由涡分布理论对旋流流场进行了分析。结果表明,阻塞有利于改善旋流洞内流态,增大壁面压强,可大大减小空化可能性;阻塞使旋流空腔半径减小,旋流角增大,同时阻塞处水流急剧紊动,提高了水流消能率;阻塞可减小泄流能力是其不利之处。依据水流流动的形成机理分析和试验实测流速分布特点,基于准自由涡分布规律对切向流速进行了分析,得到了相关参数;建立了壁面压强、旋流角、空腔直径、泄流量与切向流速分布参数等水力特性间的关系式和相对轴向流速的计算表达式,并通过试验实测数据验证了旋流准自由涡运动规律的正确性。研究成果可为阻塞旋流泄洪洞的研究与应用提供参考。     

洞塞泄洪洞的3维数值模拟研究

为解决高水头、大流量、出口尾水位低导流洞改建洞塞泄洪洞的布置和消能问题,提出了"垂直洞塞+压坡洞塞+水平洞塞组"这种新型的洞塞布置和消能形式,并采用RNGk-ε双方程模型和VOF方法,对采用该种新型洞塞布置形式的洞塞泄洪洞的流场进行了3维紊流数值模拟,得到了压强、流速、消能率等重要水力特性的分布规律,且将部分计算结果与试验结果进行对比分析,结果吻合良好,验证了采用该数值方法计算强紊动、强剪切射流以及大尺度漩涡流动的可行性.同时,研究结果也表明,某水电站非常泄洪洞采用"垂直洞塞+压坡洞塞+水平洞塞组"的消能模式消能,洞内能形成较强的紊动,消能效果好,满足工程要求.     

浅水垫消力池水力特性试验

为解决常规消力池临底流速大,流态不稳等问题,以云南省楚雄州青山嘴水库工程为例,通过水工模型试验,提出浅水垫消力池的体型;揭示了浅水垫消力池的水流流态、流速分布、水面线形态和压力分布等水力特性,并与常规消力池与下挖式消力池进行了对比。结果表明浅水垫消力池有利于降低消力池临底流速,浅水垫的存在改变了消力池内的水流流态,改善了池内水力学特性,消能效果显著。     

大流量水电站表孔泄洪消能体型试验

大流量水电站的消能设计历来都是非常复杂和困难的.在1:60溢流坝表、中泄水孔断面模型上对密松水电站泄水建筑物的布置方案进行了泄流能力、流速流态、压力分布等相关水力学问题的试验研究,并通过10多个方案的比较优化,提出了基本可行的泄水建筑物体型和消力池型式.研究成果表明:表孔取消宽尾墩,采用跌坎式消力池方案,可有效降低底流消能时的池底板流速,同时消除宽尾墩形成的水翅击打两侧导墙现象,达到了较满意的消能效果.试验成果对该工程设计提供了较好的参考方案,并对类似工程有很好的启发借鉴作用.     

N-J水电站岩爆区卸压技术的能量耗散率分析

为研究岩爆区卸压技术的能量耗散率,对巴基斯坦N-J水电站引水隧洞TBM施工的岩爆区进行钻孔卸压和爆破卸压分析,主要对108 mm直径钻孔的卸压应力释放、预裂爆破等情况进行数值模拟,模拟钻孔间距分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 m时的孔内钻孔卸压和预裂爆破情况。分析结果表明:预裂爆破卸压法的能量耗散率最高可达到27%,而单纯的钻孔卸压法的能量耗散率最大仅为5.9%,因此预裂爆破卸压的卸压效果远好于单纯的钻孔卸压方法的卸压效果;对于预裂爆破法来说,能量耗散率随卸压孔间距的增加而增大,基本呈指数型增长趋势,对于单纯的钻孔卸压法来说,能量耗散率随卸压孔间距的增加而减小,因此在生产现场应根据不同卸压方法布置合理的钻孔间距。     

某抽水蓄能电站拦沙库泄洪排沙系统的水力特性研究

以某抽水蓄能电站下水库泄洪排沙洞为研究对象,利用相似理论建立了比尺模型,该模型通过了河道阻力试验验证。试验中,观测了不同水力条件下的洞内水流流态、水面线、流速、消能状况以及下游护岸冲刷情况。试验观测结果表明,泄洪排沙洞进口流态平顺、泄流能力及隧洞段流态均满足设计要求,但陡坡扩散段以下的急流涵洞段出现水跃闷洞、明渠深度不足、出口扩散段不能集中拉沙等问题。基于调整纵坡、协调各段输水能力、抑制水跃强度的修改思路,进行了优化修改试验。经多次比对试验,最终确定了优化修改方案,解决了涵洞段与明渠段水流衔接的协调性。修改方案较合理地控制了洞内水深,消除了明流洞水跃壅塞现象,改善了洞内流态;同时,增设扩散段输沙槽,有效提高了小流量集中拉沙的能力,满足了不同水流条件下的泄流安全要求。该研究成果对类似工程设计与安全运行具有一定的参考价值。     

孔板泄洪洞水流三维数值模拟研究

采用k-ε紊流模型模拟小浪底水电站9#孔板泄洪洞三维水流运动,利用试验资料对其计算结果进行了验证,数值模拟结果与原型试验数据吻合性良好.通过对数值模拟结果的分析,获得了流速、压力和紊动能等水力要素的分布规律,发现三者均在孔板附近剧烈变化,详细地反映出孔板泄洪洞的消能特性.数值模拟结果表明用k-ε紊流模型来研究孔板消能的水力特性是可行的,可以与物理模型并用,需更为深入研究内部机理和消能特点,为孔板泄洪洞的应用提供可靠的参考依据.