口上水库泄流特性三维数值模拟研究

为研究口上水库表孔、底孔泄流问题,采用标准k-ε模型和VOF法建立三维数学模型,利用Fluent软件对泄流流场进行模拟计算,得到设计和校核水位条件下各孔泄流能力、沿程水面高程及挑距,并与模型试验数据和理论分析结果进行对比分析,三者吻合较好。表明采用Fluent软件结合VOF法研究表、底孔泄流的水力特性是可行的,可为同类工程提供一定参考。

某水电站溢流坝消力池水工模型试验研究

针对某水电站溢流坝在泄流时二级消力池流态紊乱、水流翻越消力槛对下游产生冲刷等问题,依据重力相似性准则,建立水工模型试验,对现状溢流坝消力池段进行安全评价并分析水流流态、沿程水深分布等水力特性。根据试验结果提出优化思路,即拆除一级消力池内梯形堰,将WES堰替换为增高3m的跌坎,二级消力池内梯形堰增高0.5m;优化后溢流坝消力池段内整体水流流态较好,相较于原设计耗散了溢流坝消力池内多余水流能量,降低了池内整体流速。试验结果可为工程的设计及运行提供理论依据。图5幅,表3个。

取水工程拦河溢流坝过流能力试算方法探析

滤泗河拦河溢流坝工程的主要功能是抬高河床水位,为陈家庄乡农业引水灌溉及林业用水提供可靠水源,提高水资源利用效率。文章以五台县陈家庄乡滤泗河拦河溢流坝工程为例,提出坝顶过流计算所需要的工程基本参数与天然河道水力学参数图表,列出拦河溢流坝过流量计算中各参数的确定方法和过流量Q的试算方法,本次逼近试算法可为类似工程计算提供借鉴与参考。

阶梯溢流坝自由表面掺气特性数值模拟

阶梯溢流坝作为泄水建筑物早已出现。实践发现,经过阶梯溢流坝的水流可以大量卷吸空气,从而增大水体的含氧量,因此可以利用它作为水体复氧、改善水质的措施。但对于阶梯溢流坝复氧能力的理论分析至今尚未见报道。本文引入水气两相流模型,用k ε紊流数学模型模拟计算了阶梯溢流坝自由表面掺气的特征量。计算结果与试验资料进行了对比,结果表明,计算值与实测值吻合良好,可以认为本文的数值模拟方法是可行的。这将为阶梯溢流坝复氧能力计算以及从理论上得到阶梯溢流坝的最佳布置形式提供理论基础。

低Fr数宽尾墩消力池流场3维数值模拟

宽尾墩消力池在许多工程中得到应用,而低Fr数宽尾墩消力池内部流场较为复杂,实验结合数值模拟旨在达到工程中体型优化的目的。针对实验观察难以获得详细的各项水力参数的问题,采用RNGk-ε紊流模型结合自由面追踪的VOF方法对低Fr数宽尾墩消力池内部流场进行了数值模拟,获得了水流形态、流速分布和紊动能分布特性。两种体型消力池内水位沿程分布、临底流速等水力学参数的计算值与试验值吻合良好,说明该数值模拟是稳定可靠的。对比两种方案的水流形态及流场特性发现,推荐体型消力池流场稳定性较好,水流无横向流动,运行方式灵活,并获得了模型试验难以测量的流场详细信息,结果令人满意。

“V”形台阶溢洪道的消能特性

针对前人对台阶溢洪道的研究多集中在台阶尺寸、布置形式、流态等问题,没有涉及到对台阶本身的形式的研究,提出了台阶形状在平面上呈"V"形的台阶溢洪道的布置形式,并采用三维紊流数值模拟的方法对比研究了"V"形台阶溢洪道和传统的"一"形台阶溢洪道的消能特性,研究结果表明:"V"形台阶后的漩涡尺度较"一"形台阶小,在中轴面上,"V"形台阶无漩涡存在,台阶面上形成三元水流状态;"V"形台阶上的负压区小,中轴面上无负压;在相同的台阶高度及长度以及同样的来流情况下,"V"形台阶的消能率高于传统的"一"形台阶。所提供的台阶形式可供工程参考。

收缩式洞塞泄洪洞的消能和空化特性

本文结合某大型水电工程,采用试验和数值模拟相结合的方法,研究了收缩式洞塞泄洪洞的消能特性和空化特性。常压模型试验表明,通过设置两级洞塞及其他附属设施,整个泄洪洞总消能率超过了67.3%,两级洞塞的总消能率达到36.0%,洞塞的消能效果十分显著。减压实验表明,通过对洞塞体型的精细优化,泄洪洞有压段可以避免发生空化,洞塞本身具备一定的抗空化能力。通过数值模拟,揭示了泄洪洞有压段的流速场、压力场特性,直观地表明洞塞的突缩突扩作用形成了大体积的水流紊动,从而达到消能的目的。

阶梯溢洪道不同坡比消能研究

针对实际工程中难以确定阶梯坡比的问题,通过4个水利工程、5个阶梯坡比的模型实验,得出了对工程设计最实用的坡比范围1∶2～1∶3。在相同条件下对4种坡比的阶梯水流进行了数值模拟,进一步论证了上述阶梯坡比的合理性,计算结果直观再现了滑移流中的顺时针水流旋滚,以及旋滚下游水体在剩余阶梯平面长度范围内的贴壁运动,提出的速度分析有助于了解阶梯旋滚消能的成因。研究成果反映出,阶梯坡比小于1∶2,水流旋滚已得到充分发展。在坡比范围1∶2～1∶3内,阶梯消能能够达到60%。坡比超过1∶2,阶梯消能率将明显下降;坡比低于1∶3,消能率增长空间不大。

龙开口水电站溢流坝段动力模型破坏试验研究

采用仿真混凝土材料研究了龙开口水电站溢流坝段在不同因素影响下的动力破坏特征,并通过对6个模型试验结果的分析探讨了溢流坝段的动力破坏机理。试验中考虑了坝体-库水的动力相互作用以及横河向地震动对大坝破坏的影响,采用规范谱波和场地谱波两种地震动激励进行模型超载破坏分析。试验结果为工程设计和评价溢流坝段的抗震性能提供依据。

在冲坑底部岩块上脉动上举力的实验研究

本文以瞬变流模型为基础，在三峡溢流坝断面模型冲坑底部，详细地量测了不同尺寸岩块上的脉动上举力，获得脉动上举力的统计资料，验证了解交流理论的分析成果，为探讨基岩的冲刷机理和水垫塘内混凝土底板块的设计提供了科学依据．

翻卷水舌鼻坎挑流的紊流数值模拟

将斜鼻坎与外边墙平面转弯相结合可使挑射水舌在空中横向翻卷,扩散更为显著,同时,水舌中心线与溢洪道中心线形成较大的偏角,文中将此种鼻坎称为翻卷水舌挑流鼻坎.通过翻卷水舌挑流鼻坎的水流属于带有复杂自由表面的紊流流动,本文采用VOF法和七k-ε紊流模型进行模拟,获得了详细的三维水流结构,计算与实测的水面线吻合良好,表明将紊流数学模型用于溢洪道翻卷水舌的数值模拟是合理可行的.

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。

计算溢流坝下游收缩断面水深的方法

溢流坝下游收缩断面水深 hc 的计算对水工消能设计十分重要． 目前常用的方法有试算法、图解法和迭代法，这些方法计算精度不高，人工计算量大或要求较高的计算数学的理论知识等，不便于在生产实际中推广应用． 为此，把 hc 的计算问题归结为非线性优化问题，用作者研制的加速遗传算法 （AGA） 来处理． 应用 AGA 方法的实例计算结果说明 AGA 比常用方法简便 计算精度高且具有通用性．

溢流堰表孔弧形闸门开启过程水力特性3维数值模拟

基于动网格技术和VOF方法对某工程宽尾墩泄洪表孔弧形闸门开启过程进行了3维数值模拟研究。为获得详细的水力特性,采用3种不同的开启速度。获得了闸门区、宽尾墩及消力池的压力、速度等水力参数的时空变化规律和易发生空化空蚀的时刻与区域,指出闸门开启过快时的不利因素,并将部分结果与试验进行对比,吻合良好,验证了数值方法是可靠的,可为确定闸门的合理运行方式及工程体型优化提供重要的参考依据。

阶梯式溢流坝研究综述

回顾阶梯式溢流坝的研究方法及成果 ,提出目前研究较少或尚未解决的一些问题 ,如有关消能机理、掺气和空蚀特性等方面的研究以及如何提高大单宽流量时的消能率问题 .指出阶梯式溢流坝的数值模拟研究几乎无人涉足 ,这也是今后的一个研究方向 .

阶梯溢流坝水流特性数值模拟

采用Mixture模型对阶梯溢流坝气液两相湍流进行模拟,湍流模型分别采用Realizablek-ε模型和RNGk-ε模型.针对非掺气区域的坝面平均速度、边界层厚度沿水流方向的变化以及边界层内速度分布等,进行了水流特性分析,并将两种湍流模型的计算结果与实验结果进行了比较.结果表明,Realizablek-ε湍流模型能够更好地模拟出阶梯溢流坝的水流特性.

三峡水利枢纽溢流坝挑流基岩冲刷研究

本文介绍了作者采用能量计算法,放大岩块模拟试验法,以及量测冲坑底部脉动压强来估测冲坑稳定等三种方法,通过综合论证,求得了三峡大坝下游岩基冲刷极限深度值。结果表明:前两种方法所得各典型水位下的冲深值能相互验证,第三种方法能佐证第二种方法,因而说明所得的极限冲深值有较高的可信度。此外,本文在岩基冲刷问题研究方法上也具有较高的学术价值。

曲线型阶梯溢流坝坝面掺气发生点位置的确定

曲线型阶梯溢流坝坝面形成掺气水流，是阶梯溢流坝具有较高消能率的重要原因之一，故掺气初生点位置的确定，对阶梯尺寸的选择有重要的影响。根据在大型钢架玻璃水槽中，对４种不同阶梯尺寸的曲线型阶梯溢流坝系统试验结果，分析了坝面掺气的机理，给出了确定坝面掺气初生点位置的计算公式及曲线。

三峡工程坝身泄流下游水体溶解氧浓度数值模拟

三峡工程坝身泄流与下游水体强烈碰撞,产生大量气泡,当气泡渗透进入水体一定深处时,气泡界面与水体之间的质量交换极易导致水体溶解气体浓度超饱和,可导致鱼类气泡病。该文应用气泡界面传质理论建立了掺气水流的溶解氧浓度对流扩散方程,与气液两相流混合模型相耦合,模拟计算了三峡大坝在库水位为139m情况下溶解氧浓度变化情况,成功地与现场观测数据进行了验证,完善了气泡界面传质系数公式。对关键因子进行敏感分析,表明气含率、紊动强度、下游水深是决定溶解氧浓度的关键因素。

低水头大流量溢流坝系统水激振动研究

本文以飞来峡溢流坝系统（包括闸墩、胸墙、导墙结构）泄洪振动问题为背景，采用水力学和结构动力学相似条件同时满足的“二合一”模型——重橡胶水弹性模型，较现代的方法进行模态和过水激振测试和分析，并与计算机数值计算结果进行了对比研究．本研究不仅对解决大功率、低弗氏数、高淹没度的泄水结构系统水流诱发振动问题具有现实意义，同时对于高速水流诱发各种水工结构的振动研究也提供了一个较完善的方法．