石岩南清水隧洞折板式竖井过流能力及消能效果研究

随着城市建设步伐的加快,建成区污染负荷的加重,对于上游为生态山区的城市建成区,应采取措施剥离山区清洁雨水,绕排建成区,实现清污分流。折板式消能竖井具有适应性强、消能效果好的特点,在山区短距离、大高差输水工程中的应用有着广阔前景,但在实际应用中可能存在过流能力不足、水流震荡、消能不充分、排气不畅等问题,目前通过水力学理论和经验公式对以上问题进行研究还存在一定的困难,因此,以石岩南清水隧洞折板式竖井为例,通过物理模型试验对折板式消能竖井的过流能力和消能效果进行研究。

消能棚洞的落石冲击计算及消能效果研究

基于结构动力学基本原理,根据落石冲击棚洞时的动力特性,并考虑棚洞和消能支座的弹性和黏滞性,推导落石冲击力随时间变化的计算公式。根据消能棚洞的结构特性和受力条件,建立消能棚洞的振动模型,推导消能棚洞刚度系数的计算公式,进而得到消能棚洞的落石冲击力计算公式。以国道G319武隆境内的某棚洞和铁路丰沙线的某棚洞为例,对消能棚洞的消能效果进行分析。结果表明,采用消能棚洞形式后,落石冲击力可消减50%左右,横梁最大弯矩以及纵梁上、下侧最大弯矩可分别降低15%以上,17.3%和6.9%,说明消能棚洞对落石冲击力和棚洞内力的消减效果明显,较大地提高了棚洞的承载能力。

消力池渐变段体型对消能效果的影响

针对黄金坪泄洪洞消力池受地形地质条件的限制,消力池长度明显不足、水跃跃首流态较差、消能效果不理想的问题,通过水力学模型试验,调整优化了泄洪洞出口跌坎高度、挑角及坡度体型,并观测了消力池水流流态、水面线、临底流速、底板压强、出口流态和流速等水力特性指标。结果表明,与原设计方案相比,调整体型后的消力池流态得到了很好地控制、消能效果增强,消力池出池水面跌落和流速均有所减小,各项水力学参数指标满足设计要求,通过体型优化实现了在原有消力池长度条件下改善流态和增强消能的目的。

高水头船闸闸室明沟消能效果及机理分析

利用ADV等先进的量测仪器,通过船闸局部水工模型试验和三维数值模拟,对高水头船闸闸室明沟的消能效果和消能机理进行研究,分析流速分布、剩余比能、水面波动和紊动能耗散率等参数的结果表明:明沟消能工出流掺混强烈,97%的耗能位于明沟区,扩散均匀,水面波动较小,消能效果较优。明沟型式结构简洁,可在我国高水头船闸中推广应用。

库玛拉克河东岸总干渠大陡槽消力池消能效果

对库玛拉克河东岸总干渠大陡槽工程消力池进行了反坡试验、辅助消能工试验和扩散式体形试验等,验证了消能效果。结果表明:库玛拉克河东岸总干渠(上段)大陡槽工程设计方案过流能力满足要求,陡槽段流态平稳,上下游进、出口段水流过渡平顺,陡槽底板没有出现负压现象;在不增加消力池长度与深度的条件下,筛选设置1∶1反坡、扩散式体形作为消力池最终方案。

船闸闸室明沟形式及消能效果分析

船闸侧墙廊道闸室明沟消能工布置及消能效果的优劣,直接影响闸室内船舶所受系缆力大小及停泊安全。利用局部模型,在恒定流情况下,对侧墙廊道闸室内布置单明沟机加槛、双明沟及三明沟消能工充水过程进行试验研究;分析和比较各明沟形式的剩余比能、动能及流场分布,综合评判各形式明沟消能工的消能特性,并在整体模型上进行了试验验证。研究结果表明:三种明沟形式比较,三明沟布置消能效果最优。双明沟消能形式较单明沟消能水体增大较多,消能工布置灵活,消能空间大,水流分布亦较单明沟更为均匀,在减小闸室内横向水流对船舶作用力方面较单明沟形式优越。因此,综合比较,双明沟消能效果较单明沟要好。

悬栅布置形式对消力池消能效果的影响试验

悬栅消能工是将栅条悬空布置于泄水陡坡或消力池内的一种新型消能方式,为进一步研究新型悬栅消能工及其消能效果,通过物理模型对影响消力池消能效果的矩形悬栅布置形式进行试验。结果表明：消力池内布置悬栅对稳定水流和降低水深作用明显;由栅高hs、栅距bs、悬栅数量ns对池内最大水深hm影响得出栅高hs的适宜值为10 cm,栅距bs的适宜值为4-5 cm,悬栅数量ns的适宜值为16-20根;在Q=15 L/s下,悬栅hs=10 cm、bs=4 cm、ns=20根的布置形式可将消力池最大水深降低4.97 cm,降幅高达15.84%。

掺气分流墩设施消能效果的试验研究

本文研究了在消力塘上游溢流面增设掺气分流墩设施后的消能效果，研究结果证明，掺气分流墩设施具有非常显著的消能效率，可以大幅度的缩减消力塘的容积，因而可以大大地节省了工程造价。

T型墩的应用及消能效果

通过总结多项工程T型墩消力池的研究成果和原型观测,对T型墩的水力特性,特别是池内流态及尾水适应条件进行了分析,与平底消力池的池长、池深及消能率进行了对比,并通过原型观测进行了验证,结果表明:T型墩消力池结构紧凑,消能效率高,消能效果良好以及尾水波动小、经济效益好,是一种适合于中、低水头的较理想的消能形式。

低坝枢纽宽尾墩消能效果研究

结合鱼剑口电站坝下消能防冲试验研究成果，对低坝枢纽宽尾墩的水流特点、掺气特性、宽尾墩对大坝泄流能力和坝面压力的影响以及宽尾墩的消能效果等问题进行了初步探讨，提出了合理地使用宽尾墩结合辅助消能设施可有效地解决坝下覆盖层深，地质条件差，抗冲能力弱的低坝枢纽的消能防冲问题，从而为具有低水头，大单宽流量，低佛氏数特点的低坝枢纽泄洪消能开辟了一条新途径。

船闸闸室明沟消能工消能效果三维数值模拟

利用多重网格技术及VOF方法,在恒定流情况下,对侧墙长廊道单明沟、双明沟及三明沟消能工充水过程进行三维数值模拟。分析和比较各型式明沟的剩余比能、动能及流场分布,综合评判各型式明沟消能工的消能特性。研究结果表明,3种明沟型式比较,三明沟布置消能效果最优,单明沟和双明沟各项消能指标较接近,但双明沟消能条件下,其布置更为灵活,消能空间更大,水流分布亦较单明沟更为均匀,尤其是在减小闸室内横向水流对船舶的作用力方面较单明沟型式优越。

水闸消能效果分析研究

水闸消能一般采用底流式(水跃)消能,但它往往又是在低水头情况下泄流,佛汝德数低,水闸消能效果较差。为了提高水闸的消能率,采取了有效的工程措施,即在普通消力池的基础上增加了辅助消能工以及修建复式消力池等工程措施。通过分析研究可知,水闸的消能效果有了明显的提高,尤其是复式消力池消能率较高,能起到良好的消能效果。

齿墩数目对齿墩状内消能工消能效果的影响

为改善传统消能方式、底流消能方式、挑流消能方式带来的不利影响,选取面积收缩比相同(ε=0.5)而齿墩数目不同的4种试验方案,通过物理模型试验,分析了各方案下齿墩状内消能工的消能率、脉动压强和空化特性。结果表明,4种试验方案的消能率大致随齿墩数目的增加而降低,方案A的消能效果最佳;脉动压强系数沿程分布规律基本相同,脉动压强在齿墩段变化剧烈,脉动压强最大点均出现在齿墩段后约1.5 D(D为圆管直径)处,随后又迅速减小,并在距齿墩段4 D后逐渐恢复平稳状态;在试验研究范围内,当n>3时脉动压强随齿墩数目的增加而增大,n=4时脉动压强最小,其抗空化性能最好;脉动压强概率密度分布基本近于正态分布。研究结果可为内消能工的工程应用提供依据。

双平板式透空堤消能效果评价方法

双平板式透空堤具有较为优越的消浪性能备受专家学者关注。目前关于其消浪性能的评价多采用透射波高法开展,仅考虑波高一个参数。本文采用透射波高法、波浪能量法和波能流法分别对平板式透空堤的消能效果进行评价,结果表明,综合考虑波高、水深和周期三个参数的波能流法更加全面与深入。探讨了双平板式透空堤迎浪向与背浪向处波能流的主要影响因素,结果表明,相对板宽、位置参数和波高大小对波能流的影响较板间距和潜深更加显著。

白果冲水库泄水坝段表底孔多孔异位耦合水流消能效果

白果冲水库(平原水库)溢流坝单宽下泄流量较大,为了提高消力池消能效果,针对水库工程表、底孔泄洪设施,在物理模型试验验证的基础上,利用RNGκ-ε湍流模型、VOF自由表面捕捉技术,对比分析了常规表、底孔相邻布置与表、底孔交替布置两种方案消力池及下游流场的差异。结果表明,与常规表、底孔相邻布置相比,表、底孔交替布置利用表、底孔入池水流流态的差异,水流耦合效应更加明显、下泄水流掺混和碰撞更加充分,显著增强了相邻水股剪切紊动耗散,更充分利用了消力池横向空间。相应地,消力池内形成稳定的三元水跃,出池二次水跃现象基本消失,出池最大流速降低41%,下游河道最大流速降低25%,减小了对下游河道冲刷的可能性。消力池内时均压强峰值降低21.3%,且避免了坎顶存在负压区域。研究结果对解决优化泄流建筑物布置和消能问题具有较强的指导意义。

闸下三道坎消力池消能效果试验研究

多孔水闸少数孔小开度应用工况下的消能设施优化设计具有十分重要的工程意义和价值。文章以具体工程为背景,利用水工模型试验的方式,探讨了水闸下游三道坎消力池的消能效果。结果显示,三道坎消力池与传统的挖深式消力池相比,急流段长度、回流段长度以及典型断面流速值均有大幅减小,消能效果良好,建议在工程设计中采用。

岩滩水电站宽尾墩戽式消力池联合消能效果

宽尾墩戽式消力池联合消能工，是我国首创。解决高坝大单跨流量、低佛氏数的泄洪消能难题，经岩滩水电站溢流坝泄水建筑物使用后、效果显著、戽内虽有较高流速，但到戽尾流速下降二分之一以上，戽坎出流较平衡；出流后河槽段波浪高明显降低，岸坡冲刷减弱，雾化范围减少；河槽部份，除厂坝导墙顶端基础四周有冲刷坑外、其余部位无冲刷现象。

齿墩间距对二级齿墩消能工消能效果的影响研究

齿墩式内消能工是基于传统内消能工提出的创新消能工方式,是对内消能工形式的全新尝试。文章以数值模拟的方式对两级消能工齿墩间距对消能效果的影响进行研究,结论对优化该消能工结构设计,提高其工程应用价值具有重要意义。

消力池设计体型对消能效果影响分析研究

消力池内水流消能问题是水利水电建设必须解决的首要问题之一。本文通过建立消力池物理试验模型,分析了消力池池深改变、增加辅助消能工等体型优化设计对消力池内流态、消能效果的影响。试验结果表明,消力池内增设T型墩消能工可有效改善池内流态及消能效果,可为消力池设计提供技术参考。

基于数值模拟的齿墩间距对消能效果的影响研究

齿墩式内消能工是基于传统内消能工提出的创新消能工方式,是对内消能工形式的全新尝试。文章以数值模拟的方式对两级消能工齿墩间距对消能效果的影响进行研究,结论对促进该消能工结构设计优化,提高其工程应用价值具有重要意义。