跌落射流冲击竖井底部水池实验研究

在跌落式城市排水竖井中,水流跌落一定距离后,通常携带着大量能量.当它冲击竖井底部时,会产生明显压力脉动,对竖井结构安全产生风险.本文建立排水竖井物理实验模型,研究跌落射流对竖井底部消能池的冲击作用,分析竖井底部的压力脉动与分布以及竖井跌落高度和底部水池深度对冲击压力的影响.结果表明:水平射流冲击竖井井壁后,分为沿竖井壁向下的环形流和自由落体的射流.当跌落水流流量较小时,竖井底部高压区域集中在靠近下游管道一侧;随着流量逐渐增加,环形流面积持续增大,高压区域逐渐由下游侧向上游侧过渡.增加下游管道水深可有效降低竖井底部的平均冲击压力,增加水垫层深度可有效降低竖井底部冲击压力脉动.当水流在竖井中达到最终速度后,继续增加竖井跌落高度将不会产生更大冲击压力.

西北某农村引水工程超高落差重力输水管道设计

西北某农村引水工程,管道总长度5.7 km,总落差790 m。本文介绍了该输水管道的设计方法,包括管材选择、减压消能设计、排气阀和泄水阀布设等。本工程充分利用蓄水池与用水点的地形高差,实现重力供水,通过减压水池消除因高落差带来的输水安全问题,本设计可供类似工程项目借鉴和参考。

高拱坝下游水垫塘内流场的数值模拟

运用带自由表面的三维k-ε气液两相紊流数学模型,采用质量分配的方法概化由于设有齿坎且高程不同的泄洪表孔而形成的复杂水舌形态,模拟了某水利枢纽水垫塘内斜向淹没冲击射流形成的气液两相流场,计算得到的底板时均压力分布与物理模型试验实测结果符合较好.通过数值模拟给出了水垫塘内斜向淹没冲击射流流态和纵横断面上的水气体积分数分布.数学模型弥补了模型试验对水垫塘内部水流流态及有关重要水力学参数难以观测与测量的不足,有助于分析判断泄水建筑物布置的合理性与水垫塘的消能效果.

多层水股射流在水垫塘内的流动特征与动水垫效应分析

多层水股在水垫塘内的流动特征及其各水股间的干扰、碰撞和动水垫效应等对探明水垫塘的消能机理和体型优化设计具有重要的意义．本文利用激光片光源和荧光染色液技术，对静水和动水垫中的射流进行了流场显示试验，并通过射流在动水中的流动特征和淹没冲击射流理论，分析了多层水股在水垫塘内的流动机理和动水垫效应。

水垫塘的水流特征和消能规律研究

结合乌江构皮滩水利枢纽工程消能问题研究 ,用热膜流速仪在比尺为 1∶380的精细模型上量测了拱坝挑跌流在水垫塘内的流速场 ,并由试验成果分析了淹没射流在水垫塘内的消能过程 ,计算了消能率。研究表明 ,要想提高水垫塘的消能效率 。

水垫塘多层淹没射流数值模拟及消能研究

本文对纵向多层淹没射流水垫塘流态进行了数值模拟，将能量方程耦合于ＳＩＭＰＬＥ算法中使计算结果与实测值更为接近．文中分析、比较了单层和多层射流入塘后的水流结构及消能机理．研究表明，由于多层射流的能量耗散加快且分布均匀化和“动水垫”效应，使其在充分发挥水垫消能作用，提高消能率和降低塘底动水荷载及冲剧等方面明显优于单层射流．

水垫塘淹没射流的数值模拟

本文分析了水垫塘内的淹没射流因受固体边界的约束,其流动特性不同于淹没自由射流,而具有各向异性的特点,论述了应用数值模拟的方法研究该问题的重要意义。应用紊流代数应力模型计算了简单边界条件下淹没碰壁射流的扩散规律及紊动特性,对计算结果与试验实测资料作了比较。

挑跌流护底或不护底水垫塘控制标准研究

本文使用锦屏一级、溪洛渡、糯扎渡三个大型工程的水垫塘1∶100水弹性块体模拟底板的水工模型研究了块体失稳条件。并采用专门设计的测试块体承受脉动上举力装置,测试了块体具有一定抗力条件的受力过程。进行了回归分析,给出了一定抗力条件下的安全水深,或一定水深条件下所需抗力(板重力和加锚固)大小的公式。本文对护底或护坡不护底的水垫塘塘底破坏性分析都有参考意义。

反拱水垫塘与平底水垫塘底板稳定性诸方面之比较

反拱水垫塘是一种新型消能防冲结构,拟在我国溪洛渡等高拱坝中采用。在高水头、大流量作用下反拱水垫塘能否安全运用其稳定性是关键技术之一。分析了平底水垫塘和反拱水垫塘的稳定性原理,论证了反拱水垫塘底板具有超载能力强、稳定性高的优点,是高拱坝坝身泄洪消能的合理选择。

高坝下游水垫塘冲击射流数模计算研究

结合乌江构皮滩水利枢纽工程 ,以二维大涡模拟方法研究水垫塘内的冲击射流流速场及压力场 ,并与试验研究成果进行比较分析 ,结果发现计算值与试验值基本吻合。

反拱水垫塘底板缝隙中动水压强特性的试验研究

对反拱水垫塘底板缝隙中动水压强的特性进行了详细试验研究 ,得出缝口动水压强阻尼特性、盲缝和通缝边界条件对动水压强幅值、时域和频域影响 ,动水压强幅值和谱密度变化规律 ,从而揭示反拱水垫塘底板稳定机理 ,说明反拱底板稳定性比平底板优越。

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.

反拱水垫塘拱端力变化规律的试验研究

分析了反拱水垫塘底板的稳定机理 ,用先进的模拟方法和量测手段 ,对反拱水垫塘拱端力进行了详细试验研究 ,得出在约 30 0米级水头和最大坝身泄流 (双曲拱坝 ) 30 0 0 0m3 s的作用下 ,拱端力沿程及随下游水深变化的规律、其时域和频域的特性。研究表明 ,若能保证两岸山体和拱支座稳定 。

过水围堰消能平台水垫池水力试验研究

针对过水围堰消能防冲特征,提出在消能平台上设置水垫池的方法。通过专门的水力试验装置对消能平台水垫池进行研究,并与无水垫池时的水力特性对比分析。研究表明:水垫池的设置相当于增加了水垫深度,特别在下游基坑水位相对较低、消能平台水深较浅时,可明显改善消能效果;消能平台出口流速较无水垫池时明显降低,能减轻水流对下游护面及堰脚的冲刷;与无水垫池时底板压力峰值出现在消能平台进口附近不同,设有水垫池时压力峰值出现在尾坎附近,可有效缓解消能平台进口的冲击力。采用合适的消能平台水垫池结构,可提高消能防冲作用、改善底板受力条件,有利于过水围堰安全溢洪。

反拱水垫塘底板块上举力变化规律的试验研究

反拱水垫塘是一种新型消能防冲结构 ,拟在我国溪洛渡等 30 0m级高拱坝中采用 ,其稳定性是其在高水头、大流量作用下能否安全运用的关键技术之一。结合溪洛渡拱坝 ,试验研究了拱坝坝身泄量达 30 0 0 0m3 /s ,反拱圈横缝止水设施破坏 ,动水压力贯入底板缝隙 ,基岩锚固力失效的极端情况下 ,反拱水垫塘底板块上举力 ,得出底板块上举力分布规律 ,脉动上举力谱密度特性等 ,并推算出拱端的极限推力。研究成果对反拱水垫塘设计、运用和稳定研究具有理论和实际意义。

激光片光源技术在水垫塘流场显示中的应用

文中研制了一套以激光作片光源的流场显示装置，并对单股和双股射流水垫塘流场进行了可视化研究．流场显示表明：双股射流的水垫塘流动结构可划分为六个区域，比通常的单股射流塘内水流结构增加了股间混掺区和“动水垫”影响区两个流区．分析讨论指出，双股射流入塘后水舌扩散加快和产生动水垫效应是其流态优于单股射流的两个显著特征．

反拱水垫塘拱圈底板动水压强时域与频域的变化规律

设计试验装置，测量高水头和大流量作用下反拱水垫塘全流场内拱圈底板动水压强．利用分析方法，得出拱圈底板表面与底板缝隙动水压强自相关特征和时空相关特征的变化规律，分析其与反拱水垫塘内水流的流动结构和流态之间的关系，揭示拱圈底板动水压强的变化和传播机理；对其频域特性进行分析，结果表明：拱圈底板表面动水压强的优势频率分布范围较广并比底板缝隙内的宽，其峰值频率分布范围主要集中在0～1Hz，脉动能量均以低频为主．

反拱水垫塘与平底水垫塘底板稳定性的比较

反拱水垫塘是一种新型消能防冲结构,拟在我国溪洛渡等高拱坝中采用,其稳定性是其在高水头、大流量的作用下能否安全运用的关键技术之一。分析了平底水垫塘和反拱水垫塘底板稳定性原理,论证了反拱水垫塘底板具有超载能力强和稳定性高的优点,是高拱坝坝身泄洪消能的合理选择。

挑跌流水垫塘消能形式的消能防护设计准则探讨

从解决消能防护问题的一般途径出发,系统论述了消能防护设计准则的提法,得出了以流态控制标准和防护条件作为制定各种消能形式的设计准则合理可行的结论,并针对高坝下游水垫塘内特殊的流态结构,从流态控制和板块受力条件出发,初步建立了水垫塘消能防护设计准则,提出放弃最大允许冲击压差的可能性。

水垫塘动水冲击压力测压管灵敏性分析

随着一批高水头、大流量高拱坝的建设,水垫塘合理布置便成为工程设计中的一项重大技术问题,而动水冲击压力是水垫塘的一个重要指标。测压管法是目前水工模型试验中常用的较经济的方法。为了评价测压管测量水垫塘动水冲击压力的灵敏性,采用三维紊流数值模拟方法,对不同的测压孔内径和测压管内径比值下的水垫塘动水冲击压力测量敏感性进行分析,并用模型试验进行验证。研究结果表明:测压孔内径和测压管内径的比值对动水冲击压力测量有较大的影响,区别于常规水工模型试验要求(测压孔内径应小于2 mm,测压管内径宜大于6 mm);建议测压孔内径和测压管内径的比应大于0.7且测压管内径宜大于6 mm,并对冲击核心区域用脉动压力传感器法结合测量。