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。

驮英水库泄洪隧洞方案比选

驮英水库泄洪隧洞方案选用“龙抬头”连接型式(不共用进水口布置方案)与短斜坡连接型式(共用进水口布置方案)等两种方案。本文从结构安全、运行调度、工程施工、工程投资等方面进行比选,推荐短斜坡连接型式(共用进水口布置)方案为实施方案。

水库除险加固工程新建泄洪隧洞施工研究

泄洪隧洞是水库除险加固工程的重要组成部分,需要对泄洪隧洞施工技术进行深入研究。结合具体工程案例,从围岩量测、光面爆破、开挖支护、灌浆钻孔、混凝土衬砌等角度,系统性研究水库除险加固工程新建泄洪隧洞施工内容,旨在提高泄洪隧洞施工质量,保障水库除险加固工程的安全使用。

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。

浑源抽水蓄能电站泄洪排沙洞出口工程地质研究

浑源抽水蓄能电站泄洪排沙洞出口区围岩岩体单薄,发育有断层,隧洞施工难度大,风险高,运用工程地质分析原理与有限元数值模拟相结合的方法进行研究、分析,围岩类别为Ⅳ类,岩体较破碎,围岩不稳定,不同进洞点工程地质条件相同,边坡及隧洞开挖导致隧洞围岩塑性变化、位移、应力变化大小及规律基本相同,单纯变更进洞点位置的施工方案是不能降低隧洞施工难度的,也不能避免隧洞的施工风险。研究为泄洪排沙洞出口方案确定指明了方向。

泄洪洞补气洞面积设计合理性评估方法研究

对于高流速泄洪洞而言,补气洞的合理设计是保证其运行安全的重要因素之一,但是目前行业上都是依据经验来确定截面尺寸,因此多数工程上都存在补气洞内风速过大或者补气不足的现象。采用数值模拟计算的方法,分析了补气洞面积对补气洞内风速的影响规律,并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。研究结果表明:增大补气洞面积,洞内平均风速随之减小,并且能够提升洞内空气的流畅性;利用锦屏一级水电站原型观测数据进行验证,所构建的风速预测公式误差小于10%;以风速和补气能力作为控制指标,提出了一种评估补气洞设计合理性的方法,并提出调整补气洞截面尺寸的改进措施,该措施使洞内风速满足规范要求的同时,还能保证有较大的补气能力。

新疆大石峡水利枢纽无压泄洪洞衬砌混凝土温控防裂研究

受高速水流长期冲刷作用的影响,泄洪洞衬砌混凝土一旦产生裂缝,必将引起过流面的空蚀破坏,进而影响工程的正常稳定运行。因此,对泄洪洞衬砌混凝土进行温控防裂研究具有重要意义。依托大石峡水利枢纽泄洪排沙洞工程,采用三维有限元法,计算分析了不同温控措施下泄洪洞衬砌混凝土温度及温度应力的变化规律,论证了不同温控措施的适宜性。结果表明:喷雾洒水措施对改善衬砌混凝土表面温度应力具有一定的效果,并对混凝土干缩裂缝有明显的抑制作用;通水冷却措施主要侧重于改善衬砌混凝土内部的温度和应力状况,但会促使降温过程提前产生,增加早期开裂的风险,因此在施工过程中应严格控制混凝土降温速率和早期降温幅度,建议控制混凝土降温速率不超过2.0~2.5℃/d;施工初期和冬季低温时期均是温度裂缝发生的较危险时段,以冬季保温措施配合施工期的降温措施可以获得更佳的效果。研究成果可为类似泄洪洞工程衬砌混凝土的温控防裂设计与施工提供参考。

阻塞式旋流泄洪洞空腔环流的能量特性

旋流泄洪洞内的空腔环流既不同于常规有压流,也不同于明流,因此采用理论分析和模型试验相结合的方法,建立了空腔环流断面的能量积分表达式,并对具有较好抗空化特性的阻塞式旋流泄洪洞内空腔旋流的能量特性进行了研究。结果表明:建立的空腔旋流能量方程利用相关水力特性进行计算的结果符合洞内的能量变化和转化规律,随着阻塞面积收缩比的增大,空腔环流的压强势能所占比例明显增加,动能所占比例减小,与阻塞收缩比增大时壁面压强增大、流速减小的规律一致;在水平洞起始段,切向动能大于轴向动能的部位延长,在阻塞面积收缩比m=0.49时,约增长至5倍洞径长处;增加阻塞,对竖井段的能量损失影响很小,但能较大提升水平旋流洞段的消能率。

某高震区泄洪建筑物上部闸房设计

进水塔作为工程咽喉对枢纽抗震安全性影响尤为突出,利用拟静力法对上部闸房进行抗震结构设计是有一定安全裕度的,对重要的进水塔结构有条件应采用动力法计算地震作用效应,以保障工程安全.介绍了某高震区泄洪建筑物上部闸房结构设计,工程施工完毕后工程设防类别提高,相应地震动峰值加速度增加,利用三维整体有限元数值模型的方法进行抗震复核计算,并提出抗震加固方案.

大断面蚀变软岩引水隧洞施工方案适宜性研究

以甘孜硬梁包水电站超长引水隧洞工程为依托,采用三维FLAC3D数值模拟,对不同施工方法进行了对比分析,验证开挖方法的合理性。研究发现蚀变岩隧洞上半洞开挖,以拱顶沉降为主,建议加强拱顶沉降监测。塑性区最大深度在拱肩位置,成为失稳的关键部位,需确保拱肩锚杆的施工质量。根据数值模拟计算结果显示,预留核心土法塑性区厚度6 m,最大变形为55 mm,台阶法开挖塑性区厚度15 m,最大变形为102 mm。因此确定预留核心土法为合理的施工方法。

高速明流泄洪洞通气特性研究

鉴于缺乏高流速条件下明流泄洪洞通气特性研究的现状,基于50 m/s量级高速射流试验装置,研究了流速、通风洞面积、泄洪洞相对高度对通气量和通风洞风速分布的影响;通过整理和分析44组原型观测资料和28组试验数据,提出了高流速下的通气量计算经验公式。结果表明,水流速度为18.0~37.2 m/s时,通气量测量值为规范计算值的2.1~9.6倍;随着通风洞面积增加,通风量增长速率逐渐降低,且通风洞内的风速分布情况与通风洞面积有关;随着泄洪洞相对高度的增加,通风量先增后减,泄洪洞相对高度的变化不改变通风洞断面的风速分布特征;改进公式的通气量计算值与实际测量值较为接近,其中3/4数据位于20%误差线范围以内。研究成果可为工程实践提供指导。

弱光栅技术在隧洞深层围岩变形监测中的应用

隧洞深层围岩变形监测对确保隧洞工程安全具有十分重要的意义,但传统监测技术难以满足目前隧洞监测的要求。弱光栅传感技术具有高密度、高精度和耐腐蚀性等特点,为隧洞监测领域提供了新的思路和技术手段。本文以平阳县南湖分洪隧洞工程为例,基于弱光栅技术设计了隧洞深层围岩变形监测方案,实现了对隧洞钻爆开挖期和开挖后期的深层围岩变形的原位实时监测。研究结果表明:本文研发的弱光栅感测光缆装置可以有效监测隧洞深层围岩变形;变形主要发生在浅部围岩,随着围岩深度增加变形程度减小;隧洞的钻爆开挖施工影响围岩变形,横向范围可以达到160m,纵向深度范围可以达到25m,且以围岩收敛变形为主;开挖后期围岩变形较小,保持基本稳定状态。研究结果可为同类隧洞工程变形监测与评价提供相应参考。

高水头大泄量旋涡竖井式泄洪洞的设计研究

通过几座水电站的导流洞改建旋涡竖井式泄洪洞的试验研究 ,优化结构体型 ,改善流态 ,降低流速防止结空蚀 ,避免出口冲刷和雾化现象 .使研究成果能满足高水头、大泄量泄洪洞的设计要求 .文中主要对此型式泄洪洞提出设计原理和系统的设计方法 ,并根据自由旋涡理论和能量方程导出旋涡竖井泄流能力、合成速度以及壁面压力等水力学计算公式 .

公伯峡水电站旋流泄洪洞研究总结

中国首次建成的公伯峡水电站旋流泄洪洞已通过了原型观测和专家会议验收。就此,对该泄洪洞的试验研究进行了总结,重点说明3个问题:①公伯峡水电站为什么采用旋流泄洪洞;②旋流泄洪洞存在的水力学问题及解决办法;③怎样优化设计旋流泄洪洞,并提出旋流泄洪洞设计方法,可供设计科研参考。

旋流竖井式泄洪洞关键技术问题研究

旋流竖井泄洪洞的关键问题是:(1)涡室进口与竖井连接段跌坎处易产生负压;(2)高尾水位泄洪洞排气难,出口易发生气爆。针对这两个问题,通过试验研究提出消除涡室连接段负压和防止泄洪洞出口气爆的简易工程措施并介绍了涡室、竖井结构尺寸优化研究成果。

中闸室弧形闸门关闭过程中泄洪洞水力特性研究

基于引入VOF模型的RNGκ-ε模型和动网格模型,模拟了岸边泄洪洞中闸室弧形闸门的关闭过程。并结合物理模型试验,重点研究了中闸室下游泄洪洞内流态、空腔长度、壁面压力等水力特性的变化规律。研究结果表明,中闸室弧形门关闭过程中,随闸门开度逐渐减小,底空腔回流和侧墙水翅等不利流态均会逐渐减弱并消失;空腔长度呈线性规律增加;当闸门开度大于1/2时,在泄洪洞底板和侧壁的冲击范围内,能观测到压力峰值,当闸门开度小于1/2后,压力峰值逐渐减小并消失。此外,数值模拟成果与模型试验成果基本符合良好,验证了数值计算模型的有效性。

竖井进流水平旋转内消能泄洪洞水力特性的数值模拟

本文采用Realizablek-ε紊流模型,结合自由水面处理技术的VOF方法及非平衡壁面函数法,对竖井进流水平旋转内消能泄洪洞的水力特性进行数值模拟,得到了自由水面、空腔直径、压强、流速、旋流夹角、消能率等水力特性的变化规律。把数值模拟与模型试验的结果进行对比后可以看出,采用该紊流模型、合适的边界条件与数值方法,能够较好地模拟这种强旋流、强离心力效应和各向异性的复杂的空腔旋转流动,数值模拟所得的各种水力特性,从变化趋势到数值精度可满足这种旋流内消能泄洪洞体型初步设计与优化的要求。

水平旋转内消能泄洪洞空腔环流内气体压强的变化规律

空腔环流内的气体压强与许多水动力学特性直接有关,是重要的水动力学的边界条件之一。在吸吮流流态下,当起旋器出口的水流傅汝德数较大时,空腔环流内负压的大小,主要与通气孔直径有关,但沿程的变化可视为常数;水平旋流洞起始断面的相对真空度与相对通气孔直径的关系为指数关系;下游水位对空腔内气体压强有明显的影响,在某一下游水位时空腔内的气体压强有最小值。根据气体压强、离心力压强和壁面压强之间的关系可知,离心力压强是造成壁面压强和壁面切应力沿程变化的主要因素;空腔环流内负压大小不同时,水平洞内水流能动量的转变规律是不同的。

小底坡、低Fr数泄洪洞掺气坎体型优化研究

位于小底坡、低佛氏数泄洪洞上的掺气坎,其体型设计往往存在较大难度。为了查明小底坡、低佛氏数泄洪洞掺气坎体型优化设计的一般规律,采用大比尺的模型试验,对三维掺气坎进行了系统研究。小底坡上的掺气坎,可用过坎射流最高点至底板的距离Tmax和空腔回水作为其体型优化的主要目标,良好的掺气坎应使空腔回水最少时Tmax也较小。试验结果表明:Tmax的主要影响因素为平均坎高及掺气坎横断面的型式,平均坎高愈小,Tmax愈小;横断面为凸型的凸型坎,可以减弱出射水流横断面上水面线的凹形分布,能使Tmax相对较小;空腔回水的主要影响因素为平均坎高及坎高差,适当增加平均坎高及横向坎高差,对消除空腔回水有利;在小底坡掺气坎体型优化中,三维掺气坎较二维连续坎有明显的优势,特别是凸型坎,容易达到空腔回水少,同时Tmax也较小的优化目标。

底掺气坎对侧空腔长度的影响

侧空腔长度对射流挟气量及水流流态均有重要影响,采用3维数值模拟,分析了底部掺气坎尺寸对侧空腔长度的影响规律。结果表明,侧空腔长度及侧空腔形态受底部掺气坎的体型尺寸影响较大,随着底部掺气坎尺寸的增大,侧空腔长度增大,其主要原因在于底部掺气坎的尺寸会影响射流跌落至底板的位置,影响射流段动水压力的分布,从而影响射流的横向扩散速率。