尾部侧堰加宽溢流面溢洪道的流场特性数值模拟优化研究

尾部侧堰加宽溢洪道因水流惯性产生水面倾斜,导致超高、侧堰冲刷等问题。采用RNG k-ε湍流模型和VOF界面追踪法,对尾部侧堰加宽溢流面水流进行三维数值模拟。研究发现,通过调整侧堰前消能底板横向坡比、顶部倾斜角度及溢流面宽度,可以有效降低坝前最低深度、增加消能效率,但会加大坝前底部压力。当坝前底板调整为0度时,湍流流场趋于平缓,消能效率增加,且坝前底部压力基本不变。研究结果对调整尾部侧堰加宽溢洪道水流具有指导意义。

基于计算机视觉的溢洪道块石堵塞识别研究

溢洪道是水利工程中重要的泄水结构,保障其稳定地泄流对调节水库水位、保障挡水建筑物安全等具有重要意义。现阶段溢洪道检测自动化水平低、缺少专门的管理人员,发生堆积险情上报难以满足即时性要求。因此,利用计算机视觉技术建立了一种便捷、轻量化的溢洪道块石堆积检测方法。先通过室内试验模拟可能出现的块石堆积情况,建立一套图像采集系统拍摄不同形态块石造成的溢洪道泄槽堵塞;然后以常规DeepLabV3+模型为基础,将模型中backbone替换为Res Net50和Mobile NetV2网络结构。通过对比试验表明,修正后模型的分类准确率和平均交并比均有所提升。综合考虑模型性能和图像分割效率,最终采用Mobile Net V2网络结构作为改进的DeepLabV3+模型的backbone。试验结果表明,改进的DeepLab V3+模型的平均交并比较常规模型提升了12.61%,测试集中的平均图像分割时间为277.93 ms。研究所用方法能够为溢洪道自动化检测提供基础。

狭窄河道小交角溢洪道燕尾坎挑流消能研究

狭窄河道小交角溢洪道挑流空间有限,流量变化大时挑流落点不稳定。为研究这种特殊地形下燕尾挑坎消能效果,依托某实际工程,采用数值模拟的方法拟定多种燕尾挑坎方案,研究了在狭窄河道小交角溢洪道条件下燕尾桃坎的消能效果。结果表明,方案2消能效果最优,当开口与燕尾宽度比为1且开口与溢洪道宽度比为0.5时水舌掺气效果最好,水流入水前能削减更大流速,在满足起挑前提下增大跌坎角度有利于水舌纵向拉伸,提高消能利用空间。最后复核了该方案在不同梯级流量时的消能冲刷情况,发现方案2挑坎在小流量和大流量泄洪时水舌落点依然稳定,冲坑对建筑物不构成安全威胁。

昆都仑泄洪冲沙洞结构静动力三维有限元配筋计算

昆都仑水库是一座以防洪、供水为主的综合利用的中型水库。为改善水库泄洪条件,新建泄洪冲沙洞并布置于库区右岸山体内。首先,构建了泄洪冲沙洞三维有限元模型,模拟了各结构的精细构造部位;然后,采用三维线性有限单元法对泄洪冲沙洞开展静动力工况下变形、应力分析计算,基于有限元内力法进行内力计算并提出相应配筋方案;最后,进行结构限裂复核验算。选取的配筋计算方案实用可靠,为工程设计提供指导、验证复核作用并成功付诸实施。

抽蓄电站无压隧洞交叉区体型优化试验研究

交叉无压隧洞交汇区域水流的水力特性复杂,无压隧洞交叉区体型及交汇口水流水力特性的研究对确保水利枢纽的安全运行具有重要的工程意义。基于物理模型试验,对某抽水蓄能电站下水库高落差泄洪排沙洞和放空洞交叉区体型进行优化,最终确定圆弧连接+交叉角21°的交叉区体型。对比分析圆弧连接+交叉角21°的交叉区优化体型下特征试验工况的水力特性。结果表明,6种特征试验工况下,泄洪排沙洞和放空洞交叉口及下游均为急流,明流泄洪且流态较稳定,均在交汇口下游右边直墙处形成最大水深,水深低于直墙高度,满足水面线不宜超过直墙范围的要求。

超长溢流宽度大流量溢洪道泄洪水力特性研究

受地形、地质等因素的影响,超大库容、大泄量水利工程泄量分配与消能防冲问题十分复杂。尼雷尔工程采用堰上低水头、超长溢流宽度、大泄量溢洪道布置形式。为准确了解尼雷尔工程溢洪道实际泄洪能力和下游消能防冲与汇流等水力特性,通过模型试验与数值模拟相结合的方法,对不同方案下溢洪道的流量系数、消能率、坝后水流归槽情况、河道流速等进行了研究。研究结果表明:原设计低水头高堰溢洪道实际过流能力满足设计要求,采用数值模拟方法可以避免模型试验中缩尺效应的影响;坝面采用台阶高度1.5 m的消能方式消能效果最佳,护坦内部的侧向汇流也比较平稳顺畅,两侧来流在护坦内对撞消能后进入下游主河槽,坝后主河槽平均水深增大近30%,平均流速降低约20%。研究结果可为高坝大库容工程的泄洪消能设计提供参考。

平头孔板的初生空化特性定量分析

随着现代水利水电工程的日益优化创新,高坝设计中需要解决的重大技术瓶颈是消杀高坝泄放洪流所携带的超大能量。利用水流的突扩、突缩消能的孔板制造简便,并且消能效率高。孔板的抗空化特性跟它的最小壁面压强系数大小紧密相关,其作为孔板设计制造的一个关键性指标。通过数值模拟和物理模型试验的方法,研究了平头孔板初生空化数与相关体型要素和水力要素之间的关系,并得到了经验表达式。研究结果表明,平头孔板初生空化数的经验表达式与实际吻合较好,为孔板的工程应用提供了参考。

基于水工模型试验的某水库溢洪道优化设计

为验证溢洪道设计的合理性和运行的安全性,针对性进行优化设计,文章通过水工模型试验,研究溢洪道的泄流能力、沿程水深、时均压力、流态分布和效能效果,以此优化了消力池和退水渠体型。结果表明:原设计方案溢洪道控制段和泄槽段水力学特性良好,消力池和退水渠体型设计不合理,水流漫溢;经优化设计后,溢洪道水力学特性显著改善,运行状况良好。经模型试验验证和体型优化后的溢洪道设计合理,研究结果可为类似溢洪道设计和模型试验分析提供有益参考。

某水电站溢洪道挑流鼻坎体型研究

某水电站位于高山峡谷区,泄水建筑物布置在右岸,溢洪道出口下游河道十分狭窄,出口消能设计应充分考虑对下游岸坡的影响,避免顶冲对岸,因此需对挑流鼻坎体型进行重点研究。通过水工模型试验,结合工程特点,对不同体型的挑坎进行分析,最终推荐四窄缝差动挑坎体型。结果表明,四窄缝差动挑坎在各工况下流态较好,水舌纵向拉开且落点处于河道中间位置,对两岸边坡影响较小,可满足工程安全运行要求。研究成果可为狭窄河床的溢洪道消能设计提供借鉴。

泄洪洞补气洞面积对洞内空气流动特性的影响

为研究泄洪洞补气洞面积对洞内空气流动特性的影响,采用数值模拟法,主要分析了补气洞面积对空气流场和风速的影响规律。结果表明,增大补气洞面积,洞内平均风速随之减小,但向洞内补充的空气量反而增大,且能够提升洞内空气的流畅性;补气洞面积的变化对水流自由面上方空气流速的衰减规律影响较小,仅改变流速大小;建立了补气洞内风速与水流流速和面积系数(补气洞面积/洞顶余幅面积)三者之间的关系式,利用锦屏一级原型观测数据进行验证,误差小于10%。研究结果可为水利工程中的补气洞设计提供参考。

小型水库溢洪道闸门结构状态识别模型研究

为提升小型水库溢洪道闸门结构状态识别能力,针对小型水库溢洪道闸门结构状态监测数据量小和难获取问题,提出一种基于Transformer-ESIM的溢洪道闸门结构状态识别方法。基于闸门涂层厚度、结构厚度和结构强度等实测数据,通过多种对比方法,验证模型有效性。结果表明,该方法充分利用多元异质参数差异性,能有效评估闸门安全状态,为溢洪道安全运行提供保证。

V型掺气坎在龙抬头式泄洪洞中的应用

本文通过试验研究,从掺气坎后空腔区的三维形态考虑,提出了一种新型V型槽式掺气坎(简称V型坎),其主要特点是:坎后射流水舌的流速、挑角和高程沿中心向两侧保持连续变化,其水舌落水点范围即空腔长度成为一连续变化的曲线,且沿曲线水流流速亦呈连续变化,很好地减弱或消除了龙抬头式泄洪洞掺气坎后水流落水处产生的回水。在V型坎出口断面处,水流的三维扩散充分,水舌与空腔的接触面明显增大,对底空腔长度、通气量等掺气特性指标都有明显改善。

高水头泄水建筑物侧墙掺气减蚀特性研究

工程中通常采用强迫掺气减蚀措施,防止泄水建筑物在高速水流作用下发生空蚀破坏,但在保护过流面底板的同时,忽视了对其侧墙的保护。为了减免位于高流速区域和低压区域侧墙发生空化空蚀,消除侧墙清水区,采用理论分析和物理模型试验研究方法,对龙抬头明流泄洪洞下游边墙掺气减蚀进行了研究,提出了在反弧末端加折流器(突扩)和突跌掺气方式。结果表明,采用突扩和突跌的掺气方式后,侧墙水流的出射角增大,侧空腔畅通,并直接和底空腔相连,有助于掺气坎后水舌的全断面的掺气,对侧墙和底板皆起到了很好的保护作用。

公伯峡水电站旋流泄洪洞不同闸门开度运行与原型水力特性观测

对公伯峡水电站旋流内消能泄洪洞进行了不同闸门开度运行的模型试验研究,并与部分原型观测结果进行了对比.闸门开度运行方式不同时,上部通气孔的通气状态与旋流洞的流态不同,泄流量和消能率等水力特性的变化规律也均有所不同,应尽量保证旋流泄洪洞的运行为淹没流态和避免闸门小开度或低水位运行.除上通气孔的风速与通风量以外,下通气孔通气量、风速、导流洞出口平均流速、泄流量和总的消能率原型与模型的观测结果均基本一致.

修、造船坞虹吸灌水流道的设计方法

船坞虹吸灌水与短廊道灌水和阀门灌水相比具有明显的优越性,但它对相关参数要求较高,给修、造船船坞虹吸灌水流道的设计增加了难度．为此,通过多个实际工程的水工模型试验,探索虹吸灌水流道的特性,探讨相关参数的关系与规律,总结出了船坞虹吸灌水的设计原理与方法,并建立了驼峰断面高度的计算公式．工程实例验证表明,该方法简便易行,减少了水工模型试验中大量的探索工作．

泄水建筑物反弧末端掺气坎的布置研究

在泄水建筑物中,为了减免在高速水流作用下过流面发生空蚀破坏,反弧段末端常常设置掺气坎。工程实践和科研表明,当掺气坎后为小底坡时,空腔内容易出现回水壅堵现象,减小了有效空腔长度,掺气效果不理想。采用数值模拟、模型试验的方法,对反弧末端掺气坎的布置进行了探讨得出:在泄洪洞反弧段末端设置底部掺气坎时,反弧段后附加离心力对底部空腔长度有显著影响。在反弧末段增加水平延长段后,反弧段下切点之后附加离心力具有过渡性质,随着附加离心力的减小,掺气坎后空腔长度有明显增加区间;水平延长段长度与反弧弧长的比在0.16范围内为空腔长度明显增加区间,在此区间内掺气坎后水流的水力特性得到了改善。

迷宫堰泄流能力及水力特性的试验研究

通过试验研究,分析了迷宫堰的水力特性,并对影响其泄流能力的诸多因素逐一进行了分析.通过量纲分析法,给出了迷宫堰流量系数的计算公式,并与一些实际工程资料进行了验证.实际工程提供的资料与公式计算结果十分接近,说明本文提供的迷宫堰流量系数计算公式是可靠的,并且具有较高的精度,为迷宫堰的设计工作提供了方便.

基于支持向量机和模态参数识别的导墙结构损伤诊断研究

水电站厂坝间溢洪道泄槽的导墙结构长期处于水流交变荷载作用,容易造成结构损伤。为对导墙结构的损伤进行有效的定位和评估,本文首先提出一种基于流激振动响应的结构模态参数的遗传识别方法,通过该方法对导墙结构的模态参数进行了识别;然后将有限元计算和支持向量机技术相结合,进行导墙结构的损伤定位和损伤程度评估。结果表明:基于遗传算法的结构模态参数识别方法能够较准确的识别出结构的模态参数,并确定损伤的部位。其结构损伤程度则可通过结构振动频率平方值的变化来评估。

湿陷性黄土地区明渠陡槽加墩消能工优化试验

明渠陡槽加墩是一种高效消能工布置方式,在特定条件下具有很高的技术竞争优势,但目前国内相关研究甚少。针对甘肃庆阳小崆峒沟雨水下塬排放工程的明渠陡槽加墩段进行了1∶30大比尺水工模型试验研究,试验发现初步方案沿程水流流态不稳定,存在向外泼溅溢出现象,危及黄土边坡的结构稳定。为此对初步方案进行了优化研究,试验发现,通过缩短消能墩排距,可以显著减小水面波动,使沿程水深分布均匀,流速降低,沿程不再出现水流向外泼溅溢出现象。消能墩排距由H/i缩短至0.5H/i后,在最大设计流量工况下,水面波动减小72.5%,平均流速降低40.1%,总消能率由87.9%提高至94.6%。

连续弯段溢洪道糙条消能工整流特性试验研究

为探究糙条消能工在连续弯段溢洪道上导流效果影响因子排序和糙条导流特性,采取9因素3水平的正交试验设计方案进行物理模型试验,引入超高变异系数C v对导流效果进行评价;对影响水流结构的因子进行量纲分析及多元回归处理,建立评价导流效果的多因素影响模型。结果表明:糙条布设角度和糙条高度分别对2个弯段中水流结构影响最大,这2个因素直接影响糙条平衡水面差、稳定流态效果的优劣。剔除影响较小的共用因素,得出糙条消能工最优导流布置方案;各类函数模型中最大拟合优度为0.822,拟合方程对实测值进行对比验证,二者相对误差范围在2.78%~7.15%之间。研究成果可为连续弯段溢洪道整流分析提供理论参考。