REDUCTION OF STILLING BASIN LENGTH WITH TALL END SILL

Experiments were conducted to characterize forced hydraulic jumps in stilling basins for enforced cases due to tail water level or dam site arrangement and construction. The case with a single tall sill was simulated in a horizontal flume downstream of a sluice gate. Results of experiments are compared with the classical hydraulic jump, and significant effect of tall sill on dissipation of energy in shorter distance was confirmed. Furthermore, the generated jumps were classified based on the ratio of sill height to basin length, and a simple design criterion was proposed to estimate the basin length for a desired jump and particular inflow.

低弗劳德数条件下尾坎坡度对消力池内流场结构的影响

低水头、大流量条件下泄洪,易形成低弗劳德数水流,对下游河床和边坡造成冲刷风险。基于某水利枢纽工程,采用数值模拟的方法,应用RNG k-ε数值模型,研究了不同尾坎坡度体型下消力池内低弗劳德数水跃的流场特征。研究结果表明:低弗劳德数来流条件下,消力池内形成的淹没式水跃沿水流方向可分为核心区、发展区和回流区;核心区在水深方向上按流速特性又分为射流内层、射流外层、旋滚内层和旋滚外层;不同尾坎坡度的消力池中,均遵循时均压强沿程增大、临底流速自收缩断面后沿程减小的规律;尾坎坡度变陡会使得水跃的旋滚起始断面向上游移动,旋滚终止断面向下游移动,从而使得旋滚长度增大;当尾坎坡度为1∶3时,尾坎斜坡段临底流速梯度为0,当尾坎坡度小于1∶3时,尾坎斜坡段临底流速梯度为负,当坡度大于1∶3时,流速梯度为正,其原因是尾坎坡度变陡使得尾坎对水体的阻力在平行于尾坎坡面方向的分量减小,从而使得流速梯度逐渐增大。研究成果可为类似工程中消力池的设计选型提供参考。

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。

大扩散角二级消力池水流结构的调控方法

针对每侧扩散角均为12°的二级消力池在中低水位时翼墙附近易产生大范围回流区致使主流居中的问题,基于物理模型试验,研究了可增强消力池内水流横向扩散均化作用的工程方法及其适宜位置。结果表明,在第一级消力池内布设分流底坎低水位时易产生急流飞溅不良流态,海漫段的水流跌落区范围较原方案时增大,最大跌落长度可为原方案时的1.77倍,不利于下游防冲安全;在第二级消力池中部布设分流底坎可明显增大左右岸处纵向出池流速,出池流速横向分布更均匀,与原方案相比其离散系数在中低水位区间平均可减小23.1%,低水位时出池水流最大跌落长度可减小22.6%,并可壅高第一级消力池内水深,提高两级消力池的消能率,总消能率最大可提高至55.53%,使消力池的整体消能防冲性能进一步增强。该成果可供水闸设计及除险加固时参考。

布仑口水电站消力池尾坎位置模型试验

针对布仑口水电站水力学模型试验中导流兼泄洪冲沙洞消力池中出现远驱水跃,而常规解决办法都有不同程度副作用的问题,根据工程的实际情况,采用控制消力池尾坎位置的方法,通过1∶40水力学模型试验,提出将尾坎往上游移动5m,将尾坎始段位置与渐变段始段错开,从而提高跃后水深。试验结果表明,这种措施可以使消力池形成良好流态,从而避免远驱水跃,解决消力池流态问题、消能问题,还可稍减小工程量。

消力坎式消力池淹没系数和坎高的计算

为了研究消力坎式消力池淹没系数和消力坎高度的简化计算方法,以取代传统的试算法。综合前人对消力坎淹没系数的研究成果,对淹没系数进行优化拟合,进而推求淹没系数的迭代公式;分析了消力池坎高的简化计算方法;通过动量方程研究消力坎的阻力系数。研究给出了淹没系数的拟合公式和迭代公式、坎高的简化公式以及消力坎阻力系数的计算公式,并通过实例验证了公式的正确性。结果表明,淹没系数的迭代公式和坎高的简化公式形式简单,避免了试算的困难。

低水头拦河闸下游一、二级消力池的布置

为了解决低水头拦河闸下游河床下切、河道水位下降造成下游消能工无法正常运行的问题,需要对拦河闸工程下游消能工进行除险改造或重建。基于广东省3座拦河闸除险改造和重建工程的水力模型试验研究成果,对低水头拦河闸下游两级消力池的布置进行研究,提出加高一级消力池尾坎顶及在下游陡坡段设置外凸型阶梯跌坎等优化措施。试验结果表明,采取上述措施可大幅度提高消力池水流消能率,简化消能工设施,节省工程投资。

跌坎消力池脉动压强试验

为了对跌坎消力池的水动力特性作更深入的研究,为跌坎消力池的设计防护提供参考,基于模型试验对跌坎消力池脉动压强的分布规律、幅值特性和频谱特性进行了系统研究。结果表明:水流条件是影响脉动压强的主要因素,跌坎消力池底板脉动压强系数沿程呈先增大后减小并逐渐趋于稳定的趋势;跌坎消力池底板中线和靠近边墙的脉动压强相当,脉动压强最大达到总水头的5.1%;跌坎消力池前端位于泄槽边墙延长线附近区域的脉动压强最大,最大达到总水头的11.5%;跌坎消力池前端中线的脉动压强比传统消力池有明显降低,最大降幅达55.2%。

跌坎消力池临底流速试验研究

基于模型试验结果,分析比较了跌坎消力池与传统消力池的临底流速分布以及最大临底流速分布特性.分析结果表明:跌坎消力池临底流速分布为谷峰型;在其他条件一定时,随着跌坎高度增加,消力池最大临底流速减小;随着入池能量的增大,射流能量增大,到达底板的最大临底流速也相应增大;仅改变跌坎消力池的入池角时,随着入池角的增大,跌坎消力池最大临底流速相应增大.研究结果可为跌坎消力池的设计提供参考和指导.

池末尾坎自由出流的消力池布置研究

池末尾坎自由出流的拦河闸下游消力池流态较复杂,其水力特性和体型布置是工程设计和运行关心的问题.通过水力模型试验研究,对尾坎自由出流的消力池池长和消力池末端尾坎高度的关系进行分析,提出消力池体型布置方法：首先在消力池水平段池底高程选定的基础上,根据消力池进口断面弗劳德数,初选池末尾坎高度;其次通过调整尾坎高度和计算尾坎顶水深,使两者之和与跃后水深的比值在1.15 - 1.2 之间,则消力池水平段池长与跃长的比值可减小至0.8 - 0.85.该方法可较合理地确定尾坎自由出流的消力池水力和体型参数.

东山拦河闸加固改造工程消能研究

由于东山拦河闸下游消力池遭受破坏,且下游河道河床下切、水位降低,需对拦河闸下游消能工进行加固改造。通过水工模型试验,在东山拦河闸现状下游消力池加固改造的基础上,为了确保消力池下游海漫段的安全运行,在海漫段上设置消力墩和消力坎等辅助消能工。研究表明:消力池下游海漫段上设置了消力墩和多级消力坎之后,海漫段的泄流消能率最高可达约50%,确保了出池水流较平顺地与下游河道水流衔接。研究成果得到了工程建设的采用,可供类似工程设计和运行参考。

电厂排水口消力池优化试验研究

结合某电厂排水口工程进行了水力模型试验,主要研究了消力池的水力特性及其下游的防冲措施,旨在改进原设计方案,为优化设计提供依据.针对原设计的扩散式消力池中因扩散角过大造成的池内流态不佳、出流不均的问题,提出在池中前端设置适宜的消力槛,能明显地改善池内流态、均化出流;并通过试验对消力槛的设置参数及体型进行了优化,将消力池长度缩短后的池内设槛方案作为推荐方案.消力池下游防冲措施研究中,对设置斜坡式海漫或防冲槽的防护方案分别进行了泥沙冲刷试验,结果验证了消力池改进方案的有效性和斜坡式海漫防护措施的安全性,提供了防冲槽抛石防护措施中可采用的一些设计参数.本研究成果可供类似排水口工程设计时参考.

明渠梯形断面消力池池深和尾坎高度的计算方法

为研究明渠梯形断面消力池池深和尾坎高度的计算方法,依据前人对梯形断面消力池水跃共轭水深、梯形断面量水堰(槛)的研究成果,采用能量方程研究梯形断面挖深式消力池、消力坎式消力池和综合式消力池深度和坎高的计算方法。给出了梯形断面消力池池深、尾坎高度的计算公式,通过算例说明了计算过程。提出的消力池深度、坎高的计算公式可以作为梯形断面消力池设计的参考。

消力池尾坎坡度对水跃及排砂效果影响的试验研究

水电工程中常通过在消力池中形成水跃来消能,水跃的类型、发生的位置对于消能率和消力池长度等有重要影响。通过模型试验研究了4种不同消力池尾坎坡度(i=∞、1∶2、1∶4、1∶10)下的跃首位置、水深和流速,分析了消力池尾坎的坡度对水跃位置以及消能率的影响,并对4个体型的排砂效果进行了观察比较。试验结果表明:消力池尾坎坡度越大,水跃位置越趋向上游,消力池所需长度越短,消能率越大,但排砂效果越差;在尾坎坡度为i=1∶2时,能较好的兼顾消能效率和排砂效果。

小挑角跌坎加浅水垫消力池水力特性试验

为了解决大单宽、低弗劳德数、上下游水位变幅大、运行方式多变的闸坝工程中存在着消力池适应性差、运行方式不灵活的难题,以汉江旬阳水电站工程为例,通过多种消力池消能方案的水力特性对比试验,提出了小挑角跌坎加浅水垫消力池方案.该方案出闸水流经小挑角跌坎调整扩散后,各工况均能在消力池内形成淹没水跃,出池水流平稳、无跌落,与下游衔接自然,消能效果较好,闸门开启运行组合及开启方式灵活.

闸堤枢纽与闸桥枢纽水力特性的试验研究

在平原河道，当排涝水位和分洪水位、排涝流量和分洪流量相差悬殊，又有蓄水灌溉要求，而河道本身宽阔时，采用主河道布置节制闸、两侧滩地布置溢洪道的枢纽布置形式比全河宽采用节制闸的单一布置形式经济。结合工程，对这两种枢纽布置对应的上下游流速分布、泄流能力等进了对比试验。对平原水闸过闸落差的确定、对闸桥枢纽各泄流部分对应的行近流速取值以及消力池尾槛高度对淹没堰流流量计算影响等问题进行了试验研究。

跌坎消力池体型优化数值模拟

以某高水头大单宽流量的水电站为例,对不同体型参数的跌坎型消力池进行了一系列的数值模拟计算。在原体型设计的基础上,顺次改变出口反坡坡度、池长、进口跌坎坡度及高度,通过数值计算得出了各影响因素的变化对消力池内水力特性的影响,以此来确定最优消力池体型。由数值计算结果可得:消力池出口反坡不宜垂直;缩短消力池池长,冲击区时均压强略微减小,临底流速开始变化不大,当消力池池长缩短到一定程度时,临底流速明显增大;减小跌坎坡度,冲击区正向临底流速减小,但反向临底流速增大;降低消力池前半段高程,可使进口临底流速降低,但反坡段临底流速会有明显增大,建议不进行挖深工作;提高底板高程,时均压强减小,临底流速变化不大,考虑到挖方量,建议不降低底板高程。此研究成果可为类似工程设计提供参考和依据。

跌坎消力池水力特性试验研究

为研究跌坎消力池水力特性,基于某工程1∶50水力学模型试验,对跌坎与非跌坎消力池临底流速、时均压强、脉动压强与空间积分尺度进行了对比分析。结果表明,在试验范围内,跌坎消力池底板最大临底流速降低了38.5%;最大时均压强降低了30%;最大脉动压强均方根降低了50%;最小空间积分尺度增大了75%。随着入池水流流量的增大,上述水力学指标变化的幅度呈增大的趋势。从底板安全的角度,跌坎消力池比非跌坎消力池显现出了更为优良的特性。

跌坎消力池上举力特性试验研究

基于某水电站溢洪道消力池底板的稳定性分析,对跌坎消力池底板的上举力特性进行了试验研究。结果表明:跌坎高度比对消力池底板上举力有显著影响,适当增加跌坎高度可以降低消力池底板块上举力。由水力条件建立了底板块单位面积最大上举力的估算公式,根据估算得到的最大上举力可以计算底板稳定所需的锚固力;底板的脉动压力和单位面积脉动上举力基本呈线性关系,在数值上单位面积脉动上举力约为脉动压力的53%;底板脉动上举力和最大上举力基本呈线性关系,在数值上单位面积脉动上举力约为最大上举力的24%。

浅议坎式消力池的水力计算

简介泄水建筑物的消能形式,根据坎式消力池的水流衔接形式,通过水力学计算推导出了坎式消力池的消能坎坎高的计算公式,并结合具体实例给出了坎式消力池水力计算的全过程。