消力坎对跌坎消力池坎控水跃影响的试验研究

跌坎消力池的设计一直是水利工程领域的热点问题,设计合理的消力池可以保证在短距离内有相当大的消能。笔者通过模型试验研究了跌坎消力池中不同高度和不同位置的消力坎对坎控水跃的影响,并与不加消力坎时消力池内相同水跃流态进行对比。结果表明:增设消力坎可有效缩短越长,减小共轭水深比,增大水跃消能率。随着消力坎距跃首距离的减小或者消力坎高度的增加,消力坎在减小水跃长、共轭水深比,增大消能率方面的作用越来越大。同时经过无量纲分析得出了消力坎设置在不同位置和高度条件下,相对水跃长度、共轭水深比和消能率的经验公式。该研究结果可为类似水工建筑物的设计提供参考。

收缩比对非对称窄缝挑坎水力特性的影响

窄缝挑坎消能工因其良好的消能效果和易施工的特点被广泛应用于工程中。笔者通过模型试验,对3种收缩比(η=0.2,0.25,0.3)情况下的单侧偏转的非对称窄缝挑坎的边墙水面线,底板中线时均压强和脉动压强特性展开了研究。试验结果表明:非对称窄缝挑坎的左右边墙水面线形态不同但均呈现上升趋势,窄缝底板中线上的时均压强和脉动压强均方根沿程增大,在接近窄缝出口处达到峰值,后减小。窄缝底板中线上的脉动压强基本符合标准正态分布。

基于Herschel-Bulkley流变模型的滑坡涌浪数值模拟方法研究

山区水库滑坡涌浪灾害严重威胁库区航运、水工建筑物及沿岸城镇的安全,针对这类次生灾害进行预测和早期防范具有重要意义。滑坡冲击水体形成涌浪的动力过程十分复杂,对其进行准确模拟一直是近年来的研究热点。本文将滑坡视为由流体化物质组成的一类连续的特殊流体,在满足连续方程和动量方程的基础上,引入Realizable k-ε紊流模型和VOF模型,采用自定义函数程序控制滑坡流变特征和底部摩擦阻力,利用有限体积法模拟了Lituya海湾滑坡涌浪运动的全过程,数值模拟得到的涌浪生成形态、速度矢量场与试验结果吻合较好。通过对库区滑坡涌浪开展三维数值模拟,定量获得了不同时刻下库区内涌浪的运动信息。结果表明,涌浪在狭窄顺直河道内传播时波高衰减缓慢,波形类似于孤立波,而在库区弯道地形影响下波幅会迅速衰减。论文研究成果可为科学制定涌浪灾害应急预案和紧急避险方案提供依据。

宽尾墩—跌坎消力池脉动压强试验研究

宽尾墩与跌坎消力池联合消能使跌坎消力池内的水力参数更加复杂,研究消力池底板的脉动压强特性对宽尾墩体型设计具有参考作用.基于模型试验研究5种收缩比(a=0.38;0.44;0.50;0.56;0.62)Y型宽尾墩与跌坎消力池联合消能下消力池的脉动压强特性.试验结果表明:脉动压强峰峰值可以达到设计水头的1.03~1.36倍,收缩比的减小可以削减峰峰值,消除跌坎后的负压;消力池底板脉动压强均方根沿程呈现单峰与双峰型,最大脉动压强系数出现在跌坎之后,减小收缩比使消力池主要脉动消能区域增大前移,最大脉动压强系数降低;脉动压强概率密度基本符合正态分布,存在正偏与负偏现象,水流速度偏向底板为正,偏离时为负;消力池底板脉动压强主要由10 Hz以内的低频脉动组成,随着收缩比的减小,消力池前端的脉动能量增大,后端脉动能量减小.

挑流消能水气二相流数值模拟

采用VOF法对挑流消能从库区到下游水垫塘进行了全程水气二相流二维数值模拟。模拟了射流的空中轨迹线和水垫塘的自由水面,得到了计算域的流线、压力、流场、紊动能k及紊动能耗散率ε分布,并用物理模型对模拟结果进行了验证,二者吻合良好。说明利用湍流二相流模型及VOF法对空中射流水舌及水垫塘流态模拟是可行的。

弯道水力学研究现状与进展

研究弯道水流的水力特性对充分利用其特点来为工程服务,确定枢纽的闸顶高程、取水口的位置和工程的防冲具有重要意义.由于弯道水流流态十分复杂,目前弯道结构特征对水流特性的影响机理尚有待深入研究,本文对弯道水流的研究现状和进展进行了全面述评.

表中孔水舌空中碰撞消能试验研究

通过模型试验 ,研究了碰撞角和流量比与碰撞消能效果的关系 ,提出射流碰撞的主要作用在于分散水流 ,在确定流量比时不必拘泥于流量比等于 1的传统思路 ,采用小股射流碰撞大股主射流 ,同样能起到分散水流的作用 ,改善下泄水流进入水垫塘时的入流条件 ,从而提高碰撞消能效果。试验表明 :在碰撞角较大时 ,中表孔流量比达到 0 .

深溪沟水电站泄洪闸消力池水力特性三维数值模拟研究

采用三维水气二相流数学模型,对深溪沟水电站现体型泄洪闸消力池在三个特征泄洪工况下的水力特性进行了数值模拟仿真计算研究,得到了泄洪流态、流场以及压强分布、紊动能和紊动能耗散率分布情况。计算结果显示,泄洪闸底板与进入消力池1:4斜坡之间的连接圆弧底板,由于半径偏小,存在稳定的较大负压,处于水跃区的闸墩——鱼背型尾墩圆弧两侧存在震荡波动型负压,负压临近区域出现空蚀破坏的可能性较大,数值模拟计算结果为分析判断泄洪闸流道、墩尾以及消力池底板的破坏原因提供了新的思路,为工程整改和制定工程的安全措施提供了理论依据,可供类似工程借鉴参考。

消力池尾坎坡度对池内波浪特性影响的试验研究

本文基于波浪理论,通过水工模型不同尾坎坡度条件下常规式消力池和跌坎式消力池的波浪特性的研究,结果表明:消力池平均波高随尾坎坡度的增大而减小,尾坎坡度对跌坎式消力池波高的影响更大,但平均周期与尾坎坡度没有呈现出明显的规律;通过对试验数据的分析,得到了不同特征波高间的换算关系,得出了常规式消力池和跌坎式消力池的相对特征波高H1/100/h2的经验计算式;同时还发现出池波浪特性σw/h2与尾坎坡度i存在较好的线性关系。

表中孔水舌空中碰撞消能率的另一计算方法

本文根据动量定理及上下游水流总能量守恒提出了一种新的表、中孔水舌空中碰撞消能率的计算方法，所给公式概念清楚，较真实地反映了工程实际，并结合模型试验给出了一个算例。

不对等射流空中碰撞扩散消能研究

本文在总结挑流碰撞消能已有研究成果的基础上，提出射流空中碰撞消能的主要作用在于分散水流，用小股射流碰撞大股主射流，可以使主射流充分分散，达到消能目的。通过模型试验，分析了不对等射流的水力特性，研究了满足消能需要的最小流量比，从而提出了不对等射流空中碰撞消能的新思路，并为创造这一新的消能方式打下了初步基础。

高水头岸边泄洪洞水力特性的数值模拟

为了探索采用数值模拟的方法来研究高水头岸边泄洪洞水力特性的可行性,用Fluent商用计算软件,对某电站岸边泄洪洞进行了数值模拟研究,得到了泄流能力、压强沿程分布、水流空化数、通气设施进气量、空腔形态及挑距等,并将部分计算结果与模型试验结果进行了比较,两者符合较好,表明采用数值模拟的方法研究龙落尾式泄洪洞的水流是可行的。但是,数值模拟暂时不能正确的反映掺气水深及洞顶余幅。

高坝明流泄洪洞掺气减蚀三维数值模拟分析

高坝明流泄洪洞的掺气减蚀问题倍受关注。以溪洛渡水电站3#泄洪洞为研究对象,结合大比尺单体模型试验成果,应用分段计算方法对泄洪洞掺气减蚀问题进行了三维紊流数值模拟分析。结果表明:泄洪洞各道掺气坎布置合理且有稳定掺气空腔,掺气坎体型基本合理,明流段洞顶余幅足够。泄洪洞反弧段及末端一段区域水力特性复杂,应重点关注此部位的设计及施工问题。对于高流速、大梯度泄洪洞水力学问题,采用分段计算能提高计算速度。

脉动水压力沿缝隙传播的试验研究

利用自行设计的专门实验设备,对脉动压力在缝隙中的传播规律进行了实验研究。结果表明,1)缝隙内水体流动系受进口边界条件控制的流动;2)缝隙末端开口时,缝隙中脉动压力振幅沿程减小;3)缝隙末端封闭时,缝隙内脉动压力振幅沿程增加;4)缝隙中的脉动压力在传播过程中均出现倍频放大现象。

构造非线性演化方程精确解的一个新方法

基于辅助方程提出一种求解非线性演化方程的新方法,该方法简单易行且具有一定的普适性,根据不同的参数可给出各种形式的精确解,从而有助于探索非线性方程的新解及其性质。并以mKdV方程为例,得到了其多组精确解,包括Jacobi椭圆函数解及Weierstrass椭圆函数解等,除涵盖了以往结果,还给出一些新解。

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。

高速明流泄洪洞的通气量分析与研究

对于高速明流泄洪洞的进气量和出口的出气量,通过模型试验,从宏观方面进行了数据分析与研究。研究结果表明:泄洪洞中闸室的进气量并不是随着泄洪洞水体流量的增加而增加,而是与闸门后水流的Fr相关;泄洪洞内由水流的自掺气引起的进气量随着水流的Fr增大而增大;在泄洪洞的出口,当库区水位一定时,随着中闸室闸门的开度的增加,出气量随水流的Fr的增大不断增加,然而当达到某一临界值后开始急剧减小;当闸门全部开启后,随着库区水位的上升,出气量随水流的Fr的增大不断减小;出口断面处水体的掺气浓度随水流Fr的增大而增大。

尾矿库排洪系统水力计算研究

尾矿库的排洪系统具有进水口多,水流流态复杂等特点,其水流形态与常见的水利工程泄水建筑物过流有较大的差别.本文采用传统的水力学方法对某工程尾矿库的排洪系统的泄洪能力进行计算,确定尾矿库的水位与下泄流量关系曲线,然后根据水量平衡方程进行调洪演算,确定排洪系统所需的调洪库容和调洪水位,从而为尾矿排洪系统设计提供可靠的依据.

泄洪洞出口扭曲斜切挑坎挑流数值模拟

采用RNGκ-ε湍流模型与VOF多相模型对扭曲斜切型挑坎进行水气两相流三维数值模拟,模拟了挑流水舌的空中形态,水舌挑距,水舌挑高,以及水舌速度分布、湍动能k与湍动能耗散率ε的分布情况.数值模拟成果与模型试验观测数据吻合良好,验证了该数值模拟方法的可靠性和合理性,可以为工程优化设计提供科学依据.

狭窄河道大交角溢洪道挑坎体型优化试验研究

对具有代表性的某狭窄河道水电站大交角溢洪道挑坎的水力特性及出坎水舌对下游河道的冲刷进行试验研究,针对下游河道狭窄这一情况,试验研究了不同挑坎体型下出坎水舌的形态、入水点及对下游河床的冲刷,得出:侧扩斜坎方案能够将水舌在横向充分拉开,减小出口流速,使水舌入水点居于河道中心,从而减轻对河床及对岸岸坡的冲刷.