泄洪洞扭曲型挑坎数值模拟应用

为探究验证泄洪消能工扭曲型挑坎的可行性和合理性,以红岩河水库右岸泄洪洞末端扭曲型挑坎为例,采用标准k-ε湍流模型和VOF多相流模型对扭曲型挑坎进行水气两相流三维数值模拟。研究结果表明计算域的整体流态及水面线高程与水工模型试验数据吻合良好,计算误差较小;挑距挑高及冲刷坑深度数据均显示挑坎布置合理,运行安全;下游冲刷趋势与流速紊动能分布均显示消能充分,水流顺利归河。为后期使用数值模拟的研究方法对大交角狭窄河道情况及挑流鼻坎型式的优化设计提供了参考和借鉴。     

某水库工程泄洪排沙洞出口消能防冲方案模型验证及优化设计

通过对某水库泄洪洞出口挑流消能工进行水工模型试验发现,挑流水舌底部会间歇性受底部水体的影响,水流集中,不利于下游河道消能防冲。调整泄洪洞挑坎高度及挑角后,挑流水舌不再受底部水体的影响,挑流消能的效果较好。今后在挑流消能体型设计时应充分考虑下游地形及下泄水流在各工况下的实际流态情况,以便类似工程避免出现不利情况。     

民乐河水库溢洪道挑流鼻坎体型优化试验研究

部分河岸式溢洪道出口河道狭窄、曲折,岸坡陡峻,河床基础抗冲能力较差,采用挑流消能时挑射水流会砸落淘刷护坦、挑流鼻坎基础,危及下游岸坡稳定安全。为验证泄洪挑射水流形态及其对河床、岸坡的冲刷影响,以民乐河水库工程为例,通过水工模型试验进行分析并对挑流鼻坎体型进行优化。试验结果表明,溢洪道挑流鼻坎采用斜切坎配合折流器体型能有效改善挑射水流流态,对下游河床、岸坡的冲刷影响较小,可确保工程安全运行。     

高扩散低收缩差动式挑坎不同体型参数水力特性研究

高扩散低收缩差动式挑流鼻坎结合了扩散式、窄缝式及差动式三种消能工的优点,体型复杂,实际应用过程尚未见对这种挑坎体型参数的相关研究。该文采用κ-ω紊流模型模拟该挑流消能工不同收缩比不同挑角差的水力特性进行研究,数值结果与试验结果吻合良好。为获得较好的水流流态、水舌扩散及下游冲刷效果并综合考虑高坎侧壁负压问题,研究结果给出了该型式挑流消能工的两个重要体型参数挑坎收缩比βs及挑角差Δθ的取值范围,供设计参考。     

龙抬头水电站泄洪洞水力特性研究

针对青海省某大型水电站龙抬头泄洪洞工程,采用计算流体力学软件Flow-3D,应用RNG k-ε紊流模型、VOF方法,对泄洪洞整体水力特性进行三维数值模拟研究,得到泄洪洞闸室、龙抬头段、挑坎等部位水流流态、壁面压强、水流流速等水力参数。将部分数值模拟结果同整体水工模型试验实测结果进行比较,两者吻合良好。数值模拟及试验成果显示,泄洪洞闸室合理设置突扩突跌设施可有效掺气、利于减蚀,龙抬头段水流流态平稳无突变、壁面无负压;而且,扭曲斜切挑坎有利于挑射水流归槽,可避免水流冲刷对向河岸,泄洪洞体型设计合理。研究表明,数值模拟与理论研究结果接近,可靠度较高,可为类似工程设计提供参考。     

竖井旋流泄洪洞涡室整流挑坎试验与数值模拟

已有竖井旋流的研究成果表明,涡室进口处水流的起旋对整个涡室流态的影响很大,如何使水流在进入涡室段时能稳定起旋,并贴壁形成稳定空腔,是决定整个竖井旋流消能效果的一个关键性因素。通过试验与数值模拟相结合的方法,研究了涡室进口处整流挑坎的体型对涡室流态的影响,提出了一种新的整流挑坎——楔形挑坎。试验表明,这种挑坎形式与传统圆弧挑坎相比能更好地引导涡室进口处水流的起旋,改善涡室内水流流态。对类似工程设计具有重要的参考价值。     

新疆某水库溢洪洞水力特性的试验研究与数值模拟

为研究新疆某表孔溢洪洞原设计体型的水力特性,采用水工模型试验与数值模拟相结合的方法开展相关的研究工作。试验研究以水工正态模型为研究平台;数值模拟利用ＦＬＯＷ －３Ｄ商用软件为平台采用湍流方程模型和ＶＯＦ方法开展工作。通过物理模型试验和数值模拟对比分析了表孔溢洪洞内水流流态、水面线、压强及流速等水力特性。结果表明:原设计体型在斜井陡坡段存在水流折冲,有较强水翅,挑坎水舌落点靠近河道左岸,冲刷严重,冲坑明显;数值模拟计算结果与水工模型试验基本吻合,说明三维数值模拟在研究复杂水流流场时的可行性。针对流态问题提出优化体型,根据下游消能、冲刷情况,提出相应的工程措施。     

一种新型舌瓣鼻坎消能工的应用研究

为了解决大石涧水库碾压混凝土重力坝消能区河床集中冲刷问题,结合连续式和差动式挑流鼻坎体形的优点研究提出了一种新型舌瓣型鼻坎消能工,采用物理模型试验和基于Flow-3D的数值模拟研究方法对该新型挑流鼻坎进行了设计方案优化。研究结果表明:该新型消能工可使水流纵向展开、横向扩散,水舌在空中能够充分掺气碰撞消耗其能量,避免水舌集中冲刷河床;可通过调整舌瓣半径改变水流流态及其出流落点,使该新型消能工达到较好的消能防冲效果。     

溢洪道挑流鼻坎水气二相流数值模拟研究

针对某溢洪道挑流消能存在的问题,采用VOF方法、立方体网格和k-ε紊流模型对溢洪道整体水力特性进行了三维数值模拟,对挑射水流流态、水舌掺气、水垫塘底板压强、下游河道流速等方面进行了分析。将某溢洪道由原高低式挑流鼻坎修改为差动式后,增大了下泄水流入水范围,提高了挑流消能的消能效率,减小了水垫塘底板压强,降低了下游河道水流流速。优化方案数值模拟结果得到了模型试验结果的验证。     

高水头水电站泄洪洞出口挑流鼻坎体型研究

某高水头水电站泄洪洞出口挑流鼻坎，原设计方案采用双边对称扩散形式，经试验验证下泄水流对下游河床右岸有较严重的冲刷影响。本文在理论计算的基础上，结合多方案的水工模型试验，对泄洪洞挑坎体型进行了改进优化，达到了消能防冲的目的。试验成果表明，高水头电站泄洪消能工的布置及体型设计，应根据当地地质条件、下游河道走势、抗雾化能力等因素而变化，通过模型试验是必要的。     

疏勒河青羊沟水电站枢纽挑流消能鼻坎设计与优化

青羊沟水电站枢纽采用挑流消能设计,枢纽布置为3孔泄洪表孔和1孔泄洪冲沙表孔。枢纽下游河床非常狭窄,宽度仅为20余m,消能防冲设计难度大,对挑流鼻坎在不同流量下的水力性能要求很高。原设计采用宽尾墩结合扭曲式鼻坎消能,左右表孔出口水流对两岸坡脚有直接冲刷,且对下游河道的冲刷深度较大。针对原设计水流冲刷两岸及冲深较大的问题,结合枢纽水工模型试验,优化了鼻坎体型,使挑坎结构布置安全、合理,并满足运行要求。     

楼庄子水库溢洪道消能工试验研究

通过物理模型试验对楼庄子水库溢洪洞挑流消能进行优化,改变其挑角和边墙结构使水流跌入河床内,避免对河岸产生淘刷和雾化。采用VOF法的标准RNGk-ε双方程紊流模型对挑坎进行数值模拟,结果:数值模拟值与物理模型实测值基本一致,说明采用数学模型能够模拟类似的挑流消能问题,其成果可供设计参考。     

溢洪道出口窄缝挑坎特性研究

消能工体型的选择在水利工程设计中至关重要。采用RNG k-ε紊流模型与VOF方法对泄洪过程中溢洪道与水垫塘内的水流进行水气二相流三维数值模拟,研究窄缝型挑坎消能工的水流特点及规律,结果显示,数值模拟计算的水深、水流流态、入水角度等参数与模型试验结果吻合较好,验证了数值模拟的可行性。在此基础上,计算分析了窄缝型挑坎收缩段水流及空中水舌的水力特性,以及水垫塘底板压强分布规律,确定出窄缝型挑坎最大压强所在位置及空中水舌流速变化规律。研究结果表明：窄缝型挑坎束窄水流作用明显,其空中水舌同一横断面的最大流速位置基本相同,同一纵向断面垂向流速差沿程逐渐减小,挑坎收缩段底板处流速大小呈抛物线形分布,而压强分布沿程呈现3个区间3个趋势的分布规律。研究成果可为实际工程中同类型消能工的设计提供参考。     

异型挑流鼻坎体型优化对下游河道冲刷影响模型试验

挑流鼻坎是泄水建筑物中重要的消能防冲设施,不同的体型具有不同的防冲效果。通过KLBL水利枢纽工程水工模型试验,对溢洪道挑流鼻坎结构体型进行了优化,在挑流鼻坎增设了贴角及舌形挑坎,从而解决了溢洪道下游冲刷严重的问题,为该工程优化设计提供依据。其成果可供类似工程参考。     

窄缝式挑坎强化消能与体型问题研究

窄缝式挑流鼻坎是适用于狭谷高坝大流量泄洪的新型消能工。本文在总结窄缝式挑流消能工应用现状和消能特性的基础上，对窄缝式挑坎的体型进行了初步研究。就满足窄缝流态、消能效果好且经济合理的体型，提出了设计计算的初步方法。     

福建省洋口水库溢洪道模型试验和挑流鼻坎优化研究

为验证福建省洋口水库水工溢洪道设计参数指标及布置的合理性，对该水库的泄流能力、水流流态、消流防冲、冲坑形态、河道冲刷等方面进行模型试验，并对挑流鼻坎体型参数进行优化，增加差动鼻坎，从而减轻下游河床冲刷。结果表明：溢洪道泄流能力达到设计要求，溢洪道流态稳定，鼻坎优化方案明显改善了消能效果，研究成果对类似工程结构设计优化有一定借鉴意义。     

龙开口水电站挑坎体型优化试验研究

龙开口水电站有泄流量大、主河床狭窄等特点,对于这类工程泄洪消能尤为重要.为了解决水工模型第一试验阶段挑流消能不充分、闸墩出口流态紊乱的问题,进行了溢流坝段的水工单体模型试验,对连续坎、差动坎、窄缝坎以及差动坎和舌形坎、窄缝坎和舌形坎、窄缝坎和连续坎的结合运用等多个挑坎体型进行了冲刷试验,从而选择适用于龙开口水电站这类泄流量大、主河床狭窄电站的溢流堰挑流鼻坎形式.     

马岩洞水电站大坝冲沙孔三维数值模拟分析

文章利用FLUNET软件,采用κ～ε紊流数学模型,VOF方法来模拟跟踪自由水面,求解三维数值方程,对马岩洞水电站大坝冲沙孔体型水流按定常流动进行了三维数值模拟与比选.通过比较分析,优化了泄水建筑物体型,为工程设计提供参考.通过工程实际运行表明：冲沙孔的泄流能力、流态、挑距等计算结果与实际运行结果吻合良好,说明数值模拟计算可以用于一些水工建筑物泄流计算和设计.     

基于试验研究的挑流消能机理分析

贴坎水流在泄水建筑物挑流消能中客观存在,起挑流量和终挑流量的确定直接影响到鼻坎及下游的安全性和防护设计。基于水工模型试验研究成果,应用泄槽水面线分析及平底水跃理论、能量方程对高水头泄水建筑物在一定泄槽底坡条件,不同反弧半径、挑射角度情况下的起挑流量和终挑流量进行机理分析,得到相应的判别依据。经过实例验证,计算结果和实测数值吻合良好,可为工程设计提供参考。     

连续坎挑流水舌出射角特性研究

本研究采用基于VOF水气两相流的标准k-ε双方程紊流数学模型对连续坎挑流水舌出射角特性进行了三维数值模拟研究,为计算挑流水舌出射角与挑坎体型角的差值提供理论支撑,从而达到修正工程中挑流水舌实际出射角的目的。基于不同来流条件、挑坎体型尺寸下的系列计算数据分析了来流水深、坎前断面流速、反弧半径以及挑坎挑角对挑流水舌底缘出射角、上缘出射角和出射角断面分布的影响,获得了出射角的变化规律。研究结果表明,挑流水舌出射角沿水深方向逐渐减小,底缘出射角大于上缘出射角但两者均小于挑坎挑角,并揭示了来流弗劳德数、挑坎体型参数对底缘出射角差以及断面平均出射角差的影响规律且建立了相应的计算方法,可为连续坎挑流水舌计算水舌挑距、入水范围提供精确的出射角,有助于挑流消能设计水平的提升。