宽尾墩收缩比对高拱坝表孔影响的数值模拟研究

本文对具有不同收缩比的宽尾墩挑坎进行了数值模拟计算,对流道水力特性进行了研究。结果表明:收缩比越小,流道水深越高,压强也越大,这对挑坎的结构受力有不利影响;当收缩比小于0.36后,流道泄流能力开始显著减小。综合来看,收缩比为0.36-0.64是合适的,研究成果可为高拱坝表孔宽尾墩挑坎的工程设计与应用提供参考。     

西淝河闸站工程开孔导流墩整流试验研究

针对西淝河闸站工程在闸、站单独运行时存在的回旋和斜流问题,采用整体正态模型对闸站工程进行水工模型试验研究。在抽排水工况下,设计了不同导流墩长度,不同导流墩开孔尺寸包括开孔宽度、开孔间距、开孔高度等7种导流墩整流方案;其中对仅25 m长导流墩方案和导流墩最优开孔尺寸方案进行了自排工况下自排闸的过流流态及流速分布研究。通过对比各方案下导流墩侧回旋区面积大小及各孔流速均匀度,建议导流墩长25 m,开孔宽4.5 m,相邻的孔口间距6.25 m,开孔高度5 m。5#和6#流道中间加设1 m短隔墩的方案可减小泵站前池及闸前水流回旋区域,改善水流流态,提高各孔流速均匀度,为泵站机组及水闸运行提供良好的水力条件。试验研究结果可为闸站结合工程选择导流墩整流方案提供技术参考。     

溢洪道闸墩后水翅的水力特性及消减措施研究

为研究如何避免溢洪道泄洪过程中,闸墩后生成的水翅会给泄洪安全带来诸多不利的影响。本文利用量纲分析和物理模型试验方法,对溢洪道闸墩后水翅的水力特性和消减措施开展研究。试验结果表明,影响水翅长度和高度的主要因素有闸墩尾部出口处的弗劳德数Fr_0、溢洪道坡度i、闸墩宽度等;在相同泄流条件下,若泄槽坡度变小,水翅长度也随之减小,而水翅高度却相应增加;当弗劳德数Fr_0介于2.3与2.8之间时,闸墩后的水翅长度和高度均显著增大。试验还发现水翅的长度、高度与闸墩后泄流下跌角度α有关,当α增大时,水翅长度和高度也随之增大;当α较小时,水翅现象明显减弱或消失。研究结果为实际工程消除水翅现象提供了新思路,提出的复合式斜尾墩比传统四棱台型尾墩能更好地避免水翅发生,对改善溢洪道、泄洪洞闸墩后的水流流态具有参考价值。     

高拱坝表孔宽尾墩体型参数对泄流能力的影响

高拱坝坝顶较薄,表孔溢流坝面较短,导致宽尾墩应用于高拱坝表孔对泄流能力会产生一定的影响,为探究满足表孔泄流能力设计要求的宽尾墩体型,基于东庄水利工程,采用数值模拟方法,研究宽尾墩俯角、收缩比、墩尾折角、始折点位置等体型参数对高拱坝表孔泄流能力的影响以及泄流能力与过堰水流弗劳德数Fr的关系。研究结果表明,表孔泄流能力随着宽尾墩俯角的减小而减小,随着收缩比的减小而减小,随着墩尾折角的减小而增大,随着始折点位置与堰顶水平距离的减小而减小;提出了表征宽尾墩各类体型参数与堰上水头影响的综合影响系数k综,当k综≥2时,宽尾墩不影响表孔的泄流能力,当k综2时,随着k综值的减小,宽尾墩对表孔泄流能力的影响逐渐增大;过堰水流Fr沿程变化曲线在宽尾墩始折点上游存在一个折点,该折点处的Fr越大,宽尾墩对表孔泄流能力的影响越小。     

大流量明渠输水工程渡槽闸墩振动机理研究

针对长距离输水明渠过渡段水流剧烈波动造成渡槽闸墩异常振动的问题，以南水北调中线工程十二里河渡槽为例，通过长度比尺1∶36的物理模型试验复演了原型闸孔调度过程，分析了与闸墩振动密切相关的水动力要素，从进出口隔墩长度和体型、渐变段布置以及闸孔调度运行等方面对中墩振动机理进行了深入探讨。研究结果表明：闸墩振动主要源于水流横向摆动冲击建筑物及分隔墩末端出现间歇性游离的马蹄涡流态诱导所致；采用优化中墩布置型式、调整进出口渐变段收缩角或扩散角及调度运行方式等措施，可有效降低渡槽段水位波动及闸墩振动强度。研究成果可为大型调水工程渡槽设计及调度运行提供参考。     

槽缝式闸墩的水流阻力

绕经闸墩的水流,除自由表面和边墙受其影响外,其水流特性与二维障碍物影响水流特性相似。关于闸墩的水力特性研究已有大量资料可用来估算在容许范围内各种闸墩上的阻力。流线型闸墩可使阻力减小到一定值。本文的试验研究表明,在障碍物中开设纵向窄缝,通过纵缝的高速水流,由于在墩后产生尾波,引起更大的能量损失,从而使水流阻力减小。影响阻力系数主要有三个参数:佛如德数F_1、相对缝宽s/t和收缩比m(对于实体墩而言,C_D仅是F_1和m的函数)。水流的能量损失同样受这三个参数的影响。作者对这些参数对阻力系数和能量损失的影响进行了试验研究。     

离散涡方法在串列圆柱和张力腿平台绕流中的应用

海洋立柱和立柱群绕流是经典的流体力学问题,研究立柱排列方式、雷诺数和来流方向等因素对尾流形态和受力特性的影响,具有重要的理论和现实意义。传统的CFD方法大多存在计算时间长、难以处理复杂边界和数值耗散等不足。离散涡方法是将N-S方程表达成拉格朗日形式并用涡量-速度表示出来,不存在数值耗散,同时能使计算效率大幅提升。该文采用离散涡方法对不同间距比下串列双圆柱绕流的尾流特征和受力特性进行了研究,结果表明当间距比为2和3时,漩涡脱落仅发生在下游圆柱上,而上游圆柱不发生漩涡脱落现象,上游圆柱阻力系数为正数,下游圆柱阻力系数为负数;而当间距比为4时,上下游圆柱上均发生了明显脱涡现象,且上游和下游阻力系数均为正数。用离散涡方法对简化的张力腿平台模型进行了数值计算,研究了不同雷诺数及不同来流方向的绕流特征和受力特性,并与实验结果进行对比,表明不同流向角下张力腿平台的尾流形态为典型的2S脱涡模型。且除0°外,在其他不同角度下阻力系数随着雷诺数的增加先减小后保持平稳。     

某水库溢洪洞体型优化水力特性试验研究

为某水库工程溢洪洞的体型优化对其溢洪洞模型进行试验研究,得到试验结果:溢洪洞原设计方案在进口闸墩附近产生绕流,特别是右侧墩头绕流严重,造成进流不均匀。溢洪洞进口渐变段收缩角大、坡度陡,导致洞内产生左右摆动的冲击波,洞内水面不仅沿纵向起伏变化,而且在横断面上的水深发生局部壅高。通过对原设计方案溢洪洞体型进行优化,洞内水面水翅高度、水面波动明显减小,水流流态得到明显改善。     

宽尾墩三元水跃特性试验研究

通过传统二元水跃与宽尾墩三元水跃形成及发展机理的类比,借助水工模型试验,对宽尾墩三元水跃特征跃高Ht、特征跃长Lt与来流流能比K之间的关系进行了研究。研究结果表明:微淹没临界状态下的宽尾墩三元水跃特征跃长Lt与跃高Ht均可回归为流能比的一次线性函数,流能比较小时,三元水跃跃高比二元水跃略低一些,随着流能比的增加,两种水跃跃高趋于相同;宽尾墩三元水跃跃长比二元水跃减小约50%,随着流能比的增加,减小幅度还会有所增加。利用经验式对已建或在建工程消力池体型参数进行了计算分析,结果表明,采用宽尾墩消能工可显著缩短消力池长度,戽式消力池可缩短的更多。     

新型坎式宽尾墩等在里底水电站中的应用研究

针对里底水电站枢纽泄洪底孔进口的漩涡,下游回水淹没底孔闸门支铰及枢纽的泄洪消能等问题进行了试验研究.通过在底孔进口加设消漩墙,闸室末端加设矩形宽尾墩、闸室下游渐变段局部适当收缩、消力池首部加设消力墩及在消力池的末端加设导流墩等措施;并在溢洪道闸室末端加设坎式宽尾墩,较好地解决了里底水电站泄洪消能问题.     

桥墩紊流宽度研究综述

桥墩建在航道中,干扰了天然的水流运动,在其周围形成紊流区,影响到建桥水域的河床演变和航道稳定.桥墩附近存在不安全的航行区域,导致船舶碰撞桥墩事件时有发生.开展桥墩紊流宽度的研究对水运、桥梁建设等方面有着重大的现实意义.回顾了国内外对桥墩紊流宽度的研究进展,从桥墩周围水流紊动特性研究、紊流宽度影响参数分析及公式计算、桥墩紊流对通航净宽的影响3个方面概述了该领域的研究现状与发展趋势,分析了存在的问题并提出了需要进一步研究的方向.     

并线桥墩局部冲刷试验研究

针对并线桥墩在多沙河流上的局部冲刷问题,采用1:100正态模型水槽对桥梁平面正交在不同形状、上下游不同桥梁间距的桥墩布置进行了系列试验研究,对上下游桥墩在不同水流强度、不同桥梁间距条件下的局部冲刷过程进行系统观测和分析。结果表明,桥墩并线时,桥墩周围水流流态较为复杂,受上游墩阻水绕流影响,下游墩周围水流紊动强度减小,流速减弱。当上下游桥墩距离较近时,上下游桥墩局部冲刷坑深度均小于相应单独桥墩,下游桥墩冲深小于上游桥墩冲深,这种差异随桥梁间距的增大而逐步减弱。随着水流强度及桥墩尺度的增大,下游桥墩不受上游桥墩影响的距离相应增大,当流速为2 m/s、墩径为2~8 m时,其影响距离约为350~660 m。     

桥墩壅水的计算方法比较

桥墩壅水的确定在输水渠道的桥梁设计中至关重要。渠道几何尺寸和糙率、桥墩阻水比、水流Froude数、桥墩形状及布置形式等都会对最大水位壅高和桥墩阻力产乍影响。结合水工模型试验资料，对比检验了不同桥墩壅水高度计算公式。在大流量、缓流情况下，对于阻水比较小的桥墩，Yamell公式比较符合试验资料，可以用于计算壅水高度。     

中桥水库泄水建筑物泄洪消能设计

中桥水库工程岸边开敞式溢洪道设计,采用分流墩消除闸墩尾部水翅、泄槽末端设分流趾、消力池内设消力墩的综合消能方式,使溢洪道水流平顺,消力池内形成稳定水跃,出泄水流与下游水位衔接良好,避免了对下游河床的冲刷。     

不同间距比下粗糙度对并联双圆柱绕流的影响

利用ANSYS-Workbench大型有限元软件建立了二维模型,在Fluent的工作环境下,探究了不同间距下不同柱体粗糙度对并联双圆柱的升力系数、阻力系数的影响。采用SST k-ω湍流模型,雷诺数控制在1×10~6,并联双圆柱的间距比T/D分别为1.5、2.0、2.5、3.0,进行了柱体表面粗糙度Rh在0、0.1%D、0.3%D、0.5%D、0.8%D和1%D时的数值模拟。结果表明:间距比为1.5时,阻力系数达到最大,升力系数上下波动峰最高;在同一间距比下,随着粗糙度的增加,阻力系数先增大后减小,粗糙度在0.5%D时阻力系数达到最大;并联双圆柱由光滑面发展到粗糙面,阻力系数会发生突变,证明了光滑柱面下的阻力系数最小和升力系数的波动峰值最小。基于以上研究,可以将结论应用于以后圆柱绕流的理论研究和桥梁墩柱的工程建设中。     

宽尾墩与台阶坝面联合消能工的试验探索

通过对宽尾墩与台阶坝面联合消能工的机理分析,借助工程水力学模型试验,提出一种新型宽尾墩———X型宽尾墩。这种宽尾墩能适应大小流量的变化,具有良好的消能效果,消能率达60%～70%,比常规宽尾墩消能率高5%～10%;产生的射流对消力池底板的最大冲击压力,比常规宽尾墩小30%。因此,X型宽尾墩具有广阔的应用前景。     

冰盖下桥墩局部最大冲刷深度试验研究

冬季寒冷的北方河流易形成冰盖或冰塞,冰盖的存在对桥墩附近局部冲刷产生影响。在清水冲刷条件下,试验研究了有无冰盖条件下,不同流速和水深对桥墩附近局部冲刷的影响。研究结果表明：对比明流条件,冰盖的存在导致更大的近底流速和近底流速梯度,从而桥墩局部最大冲刷深度更大;其它条件相同的情况下,随流速的增大,桥墩局部最大冲刷深度增大;随着桥墩墩径增大,桥墩局部最大冲刷深度增加;水深增加时桥墩局部最大冲刷深度相对减小。根据试验数据,给出了有冰盖条件下桥墩局部最大冲刷深度的计算公式,与国内外相关试验数据吻合较好。     

三杆六脚体对桥墩周围流场影响的试验研究

为寻求保护桥墩周围河床避受冲刷的有效方式,采用物理模型试验的方法,对三杆六脚透水架体对桥墩周围流场水力特性的影响进行了研究分析。结果表明,三杆六脚透水架体不但能削减穿越其内部的水流流速,在床面附近形成流速减速区域,将墩周马蹄形旋涡和墩后尾流漩涡的作用能量有效地转移到远离床面的水体中,而且还能利用自身扰流消能和实体抗冲的双重特性有效抑制墩前向下水流对床面的冲击。     

桥墩影响下弯槽冰塞形成临界条件和冰厚变化的试验研究

天然河道中,桥墩的存在改变了局部水流特性,对冰塞形成及演变产生影响。通过模型试验,研究了桥墩存在及桥墩位置不同时对冰塞演变过程的影响,试验结果表明:桥墩的存在改变了桥墩附近的水流结构,使得桥墩附近水流输冰能力相对增大,冰塞厚度减小;相比于将桥墩安置在两弯连接直道段,将桥墩安置于弯道顶点处时,桥墩附近水流输冰能力增大;在两弯连接的直道段和弯道顶点处同时放置桥墩时,弯道平衡冰塞厚度介于单墩放置于两弯连接的直道段与单墩放置于弯道顶点处时的弯道平衡冰塞厚度之间。