水垫塘多层淹没射流数值模拟及消能研究

本文对纵向多层淹没射流水垫塘流态进行了数值模拟，将能量方程耦合于ＳＩＭＰＬＥ算法中使计算结果与实测值更为接近．文中分析、比较了单层和多层射流入塘后的水流结构及消能机理．研究表明，由于多层射流的能量耗散加快且分布均匀化和“动水垫”效应，使其在充分发挥水垫消能作用，提高消能率和降低塘底动水荷载及冲剧等方面明显优于单层射流．     

多层水股射流在水垫塘内的流动-特征与动水垫效应分析

多层水股在水垫塘内的流动特征及其各水股间的干扰、碰撞和动水垫效应等对探明水垫塘的消能机理和体型优化设计具有重要的意义．本文利用激光片光源和荧光染色液技术，对静水和动水垫中的射流进行了流场显示试验，并通过射流在动水中的流动特征和淹没冲击射流理论，分析了多层水股在水垫塘内的流动机理和动水垫效应，导出的有关公式得到了试验资料的验证     

多层水股射流在水垫塘内的流动-特征与动水垫效应分析

多层水股在水垫塘内的流动特征及其各水股间的干扰、碰撞和动水垫效应等对探明水垫塘的消能机理和体型优化设计具有重要的意义.本文利用激光片光源和荧光染色液技术，对静水和动水垫中的射流进行了流场显示试验，并通过射流在动水中的流动特征和淹没冲击射流理论，分析了多层水股在水垫塘内的流动机理和动水垫效应，导出的有关公式得到了试验资料的验证     

泄水水垫塘内单位水体消能率的研究

本文采用ＡＳＭ紊流数学模型对水垫塘内高速强紊动水流进行了数值模拟，结合实验资料对底板动水荷水荷载进行了验证；同时，统计和分析了水垫塘内的单位水体消能率，结果表明塘内水体消能大量集中的射流轴线附近，近映出水热塘内真正参与消能的水体只塘内水体的少部分；进一步统计分析了水垫塘的总消能量，与常规水力学计算的结果基本吻合，这也反映出采用紊流数学模型研究水垫塘内的水流紊动与消能是切实可行的。     

水垫塘内淹没冲击射流中的大尺度涡结构及其特征

高坝下游水垫塘消能与防护问题目前尚未得到妥善解决。本文应用现代紊流理论的观点，对水垫塘内的复杂流动结构进行了系统的研究，对主射流区的大尺度涡体和壁射流区的紊动涡体的拟序结构进行了分析，从紊流力学的角度对脉动压力的起源及水垫塘内水体能量的转移与耗散做了机理性解释，为高坝下游水垫塘的消能与防护的进一步研究提供了理论依据。     

水垫塘的水流特征和消能规律研究

结合乌江构皮滩水利枢纽工程消能问题研究 ,用热膜流速仪在比尺为 1∶380的精细模型上量测了拱坝挑跌流在水垫塘内的流速场 ,并由试验成果分析了淹没射流在水垫塘内的消能过程 ,计算了消能率。研究表明 ,要想提高水垫塘的消能效率 ,就必须设法增大强紊动剪切层区的范围     

小湾水垫塘水力特性及设计优化研究

小湾拱坝坝身泄洪消能的技术难度已达世界当前最高水平，其水垫塘的优化设计亦是工程中的一大难题。本文通过承担完成国家“八五”科技攻关项目课题研究任务，在对小湾坝身泄洪消能布置方案进行水力模型试验的基础上，应用二维和三维紊流数学模型对多层和多股淹没射流水垫塘流动特性进行了数值模拟，对水垫塘三元流速场和壁面脉动压强的水力特性进行了实测研究；通过对多层射流入流方式的优化计算和实验验证，提出了“１＋１＜１”效应的新观点和最佳入流方式。用人工掺气方法，研究了掺气射流特性，得出了水流掺气可导致时均压强减小，脉动压强增大的结论。文中还讨论了小湾水垫塘采用全面混凝土衬砌的必要性，并对水垫塘底板高程、长度及体型提出了新建议。     

水垫塘的水流特征和消能规律研究

 结合乌江构皮滩水利枢纽工程消能问题研究,用热膜流速仪在比尺为1∶380的精细模型上量 测了拱坝挑跌流在水垫塘内的流速场,并由试验成果分析了淹没射流在水垫塘内的消能过程, 计算了消能率。研究表明,要想提高水垫塘的消能效率,就必须设法增大强紊动剪切层区的范 围。      

单股窄薄片状射流入射水垫塘流场数值模拟研究

表孔宽尾墩-深孔窄缝挑坎联合泄洪形成的窄薄片状交错射流消能是一种新型消能型式。采用RNG k—ε紊流模型和VOF法结合溪洛渡双曲拱坝反拱形水垫塘对单股窄薄片状射流入射水垫塘的非定常流场进行了三维数值模拟。全面细致的分析讨论了单股窄薄片状射流进入消力池后的水流结构与消能机理，为进一步深入研究多股多层窄薄片状射流和该种新型消能型式的应用奠定基础。     

水垫塘三维紊流数值模拟及消能分析

开发了能模拟复杂紊流的三维数学模型，编制了大型计算程序，针对拉西瓦水垫塘进行了数值模拟，揭示了水垫塘内速度，压力，紊动能及其耗散率的三维分布规律，获得了详细的水垫塘流态特性。研究了水流紊动扩主消能特性，反映出紊动和消能大量地发生在射流轴线附近，计算所得的底板最大冲击动压与实验值进行了比较，二者符合良好。     

高双曲拱坝坝身双层水舌泄洪消能效果研究

小湾双曲拱坝坝身采用多层水舌的泄洪消能方式，通过对双层水舌的动，定床共消能冲深及动水压力的试验研究，提出了“１＋１〈１”的概念及小湾双层水舌入不最优间距范围。该研究成果对于高拱坝的消能工布置和水垫塘的优化设计具有指导意义。     

高拱坝表中孔泄洪水垫塘水力设计研究与应用述评

本文论述了高拱坝下水垫塘设计目标，科研及应用现状，水垫塘消能控制工况。表、中孔各自单独泄洪与表、中孔联合泄洪的水流流态及动水压力。论述了水势塘允许动水压力，水垫塘的长度与二道坝的位置。在高拱坝大流量，大功率条件下．采用集中泄洪，集中消能的原则及体型优化措施后，获得较好的消能效果。     

挑跌流水垫塘内流态结构控制参数与冲击压力变化规律实验研究

为了探求更简单合理的水垫塘设计控制参数，本文通过实验研究，系统观测了不同来流条件和水垫深度条件下，水垫塘内的流态特征和冲击压力的变化规律，提出了表征挑跌流水垫塘内淹没冲击射流流态结构的控制参数，揭示了影响淹没冲击射流对水垫塘底板冲击压力的主要因素，并建立了经验关系式，可为水垫塘消能防护设计提供实验依据。     

高坝下游水垫塘内典型流态演变问题探讨

为揭示高坝泄洪消能机理及水垫塘防护措施，系统地研究了水垫塘内的流态特征。根据高坝下游水垫深度的不同，塘内水流呈现自由冲击射流、淹没冲击射流和面流三种流型。结合二滩、小湾等工程试验资料，本文给出了不同流态之间转变的实用判别条件。     

万家口子水电站泄洪消能布置优化研究

云南万家口子水电站大坝坝址河谷狭窄,泄洪能量大,水头高,泄洪消能难度大。文章结合模型试验,通过对表、中孔泄流建筑物体型参数进行优化设计,使各孔水流在跌落下降过程中先扩散后碰撞,有效地减小了下泄水流进入水垫塘的动水压力,降低了水垫塘内消能压力,保证大坝和消能建筑物的安全。     

水垫塘消能在高拱坝工程中的应用研究

在高拱坝工程中,泄洪功率及泄流量巨大,泄洪消能安全一直是工程研究的重点。基于淹没冲击射流理论探讨了水垫塘的消能机理,并结合工程实际总结了高拱坝工程中常用的水垫塘型式,以及各自的优缺点。提出并重点介绍了天然水垫塘这一新型消能型式及其在工程中的应用前景。     

高拱坝挑跌流非碰撞水垫塘消能形式研究

在峡谷区修建高坝工程,坝身高水头、大泄量的消能防护是关键技术难题之一。本文通过模型试验和数值模拟,研究了收缩式消能工的作用和分层射流在水垫塘内流动特征与消能机理,论述了坝身分层、多孔、分散泄洪的可能型式及其优缺点。为避免射流水舌碰撞分散引起的溅水雾化问题,通过对坝身表、深孔的不同布置形式,创造性地提出表孔、深孔水舌分层入水非碰撞布局的水垫塘消能方案,和采用收缩式消能工,使表、深孔在横向交错布置,在立面分层泄流,深孔水舌穿过表孔水舌之间的空隙处射出,形成交错入水非碰撞格局的水垫塘消能方案。     

挑流消能水气二相流数值模拟

采用VOF法对挑流消能从库区到下游水垫塘进行了全程水气二相流二维数值模拟。模拟了射流的空中轨迹线和水垫塘的自由水面，得到了计算域的流线、压力、流场、紊动能k及紊动能耗散率ε分布，并用物理模型对模拟结果进行了验证，二者吻合良好。说明利用湍流二相流模型及VOF法对空中射流水舌及水垫塘流态模拟是可行的。     

关于水垫塘底板受力控制标准的探讨

我国高拱坝采用水垫塘消能的工程大多沿用 １５×９８ ｋ Ｐａ 作为水垫塘底板所受动水压力的标准。通过分析这一标准的合理性及不足， 发现它不是底板失稳的直接原因， 而且也与溢洪道规范建议的计算公式不接轨， 建议采用动水压差代替动水压力。水垫塘底板所受动水荷载的标准应与水垫塘的地质情况、结构设计、施工控制标准相联系。建议通过深入的研究， 分几种典型的设计条件， 分别制定水垫塘可承受的动水压差的控制标准。     

高拱坝水垫塘消能的研究进展

高拱坝工程中泄洪功率及泄流量巨大,泄洪消能安全一直是工程中研究的重点。系统总结了冲击射流理论及水垫塘消能机理的研究进展,并对消能区冲刷机理研究现状进行了总结分析。结合工程实际总结了高拱坝工程中常用的水垫塘型式,并分析了各自的工作原理及结构特点。