斜鼻坎、曲面贴角鼻坎、双曲挑坎等几种异型鼻坎挑流消能工的应用研究

作为重要的消能工形式,斜鼻坎、曲面贴角鼻坎、双曲挑坎等异型鼻坎挑流消能工在工程实践中得到了广泛应用。当前在研究与设计此类消能工时,有物理模型试验与数值模拟两种方法,前者直观、可靠性较好;后者快速、灵活。两者结合的方式进行选型工作将会是事半功倍的。此类异型鼻坎消能工还有许多值得注意与研究的地方,期待能进一步发展完善。

异型挑流鼻坎体型优化对下游河道冲刷影响模型试验

挑流鼻坎是泄水建筑物中重要的消能防冲设施,不同的体型具有不同的防冲效果。通过KLBL水利枢纽工程水工模型试验,对溢洪道挑流鼻坎结构体型进行了优化,在挑流鼻坎增设了贴角及舌形挑坎,从而解决了溢洪道下游冲刷严重的问题,为该工程优化设计提供依据。其成果可供类似工程参考。

异型挑流鼻坎的多目标优化设计

以挑坎末端出挑速度的最小值和水流对挑坎末端固体边界的压强最小值作为目标函数,采用自适应模拟退火算法和序列二次规划算法相组合的组合优化算法,以挑坎半径作为设计变量,以水流入口速度和挑坎在水平方向的长度作为约束条件,对某水库异型挑流鼻坎进行优化设计。优化结果表明:该优化模型及其计算方法在实际应用中效果良好,可有效减轻水流对下游的冲击强度和缩小水流的影响范围。结果可为决策者提供科学参考依据。

基于多目标遗传算法的异型挑流鼻坎优化设计

为有效降低水流对地面的冲刷,建立了基于多目标进化算法的挑流鼻坎的多目标优化设计模型。目标函数为水流冲击墙壁的造成的压力最小化和水流冲击墙壁速度最小化;设计变量为挑流鼻坎过水宽度和最终离开挑坎的高度;约束条件为固体边界、空气边界和进口流速。分析表明该优化设计方法对于挑流鼻坎的体型设计具有现实指导意义。

水流掺气对明流泄洪洞及挑坎水力特性的影响

水流充分掺气可以避免高流速泄洪设施发生空蚀,但也会改变相关水力特性。通过对某大坝泄洪洞掺气设施水力模型试验及关于水流表面自掺气发生条件的相关分析,提出了在全程流速超过38 m/s,长度达550 m的明流洞内仅布置一级掺气设施的建议,较通常情况减少了两级;并针对泄洪洞出流方向与河道流向交角达60°的特点,研究提出了一种大差动异型鼻坎消能工。水工模型试验成果表明,其挑流水舌沿河道纵向扩散良好,水舌外缘与河道对岸保持了30 m以上的安全距离。该泄洪洞建成后经历了高水头、较长时间的泄洪运行,明流洞和鼻坎消能工均无空蚀发生,但挑坎水舌却冲刷到对岸边坡。

异型挑流鼻坎三维数值仿真分析

对某水库异型挑流鼻坎的主要水力学参数进行了三维数值计算和试验对比分析。根据流体体积法原理建立三维数值多相流模型,采用PISO算法进行求解计算,获得了流速、压强和掺气浓度等参数,并与试验值进行对比分析。该数值模型及其计算方法在实际应用中效果良好,可为决策者提供科学参考依据。

南水水库泄洪洞消能防冲试验研究

在模型试验的基础上,针对南水水库泄洪洞泄流量大、落差大和下游河床狭窄的特点,在泄洪洞原设计挑流消能工左右边墙各加一块贴角体做成异型鼻坎,解决了下游挑流水舌冲击对岸山体的问题;此外,模型还进行了原有旧泄洪洞和新建泄洪洞下游局部动床试验。

一种适用于狭窄河道的新型消能工

通过对安徽省大龙潭浆砌石双曲拱坝的水工模型试验研究,提供了一种新型的联合布置泄洪方式,即高扩散、低收缩异型鼻坎与不对称窄缝溢洪道联合作用的泄洪方式.对于下游河道狭窄及水深不足且泄量较大的情况,是一种值得采用的泄洪方式.

柳树沟水电站泄洪消能试验研究

结合新疆开都河柳树沟水电站溢洪洞及泄洪洞挑流鼻坎体型优化的试验研究,通过调整鼻坎体型,提出了一种适合于窄泄槽、高流速、泄槽与河道交角大、窄河道的异型窄缝鼻坎。这种鼻坎水舌不仅能沿纵向、竖向拉开,还能横向有所扩散,使水舌覆盖消能区较大范围,削弱了岸边回流,减轻了河床冲刷,且有效地控制了水舌落水位置、范围及分布,减少淤积体对电站尾水抬高的影响。