折线大斜切挑坎水力特性研究

斜切挑坎多被用于泄水建筑物轴线与天然河道互成夹角的工程。然而,当下游河道过于狭窄时,斜切挑坎无法满足水流归槽及消能防冲的要求。为此,在斜切挑坎的基础上提出折线大斜切挑坎。通过模型试验的方法,测量不同折线大斜切挑坎体型在不同来流条件下,挑射水流的扩散情况和下游水垫塘内的底板压力分布,以研究折线大斜切挑坎的水力特性。结果表明:相较于传统斜切挑坎,折线大斜切挑坎既可以实现对挑流水舌水量和入水范围的灵活调整,也可以缓解水垫塘压力分布的不均匀现象。研究结果可为折线大斜切挑坎的工程设计和应用提供一定的参考。

高拱坝表中孔窄缝式挑坎泄洪雾化特性分析

对古学水电站拱坝表中孔窄缝布置方案的泄洪雾化特性进行分析,根据物理模型试验成果,率定出不同频率洪水条件下,坝身表中孔的泄洪雾化水力因子,然后考虑水舌入水形态、复杂河谷地形及气象条件等因素,得到了泄洪风场与雾化降雨强度的等值线分布。研究表明,坝身表中孔采用窄缝出口体形,泄洪水舌纵向拉开,水舌两侧溅水受到前部遮蔽,且当表中孔联合泄洪时,内外侧不同水舌间也发生相互遮蔽。由于水舌两侧雾化源受到削弱,使得窄缝体形在保证消能安全的同时,能有效减小两岸雾雨爬升范围。在坝身各种泄洪条件下,雾化降雨分布范围在坝下80~700 m之间,两岸雾化雨区爬升高度仅为120~140 m,右岸下游电厂尾水出口处降雨强度0~20 mm/h,已属自然降雨范畴。

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。

双江口洞式溢洪道出口挑坎应力位移特性分析

建设中的双江口水电站洞式溢洪道是枢纽最大的泄洪建筑物,具有大泄量、高流速等特点,洞式溢洪道出口挑坎结构左侧临空且基础围岩较差,挑坎结构受力较为复杂,稳定性较差。本文对挑坎及周边岩体构建三维计算模型,计算分析了各工况下挑坎及周边岩体的应力及位移特性,为结构优化及采取措施提供了可靠的理论依据。

石门水库溢洪道挑坎段优化设计模型试验

针对石门水库第一溢洪道拆除重建过程中的挑坎段优化设计问题,利用物理模型试验的方式进行原始方案和优化方案的试验。结果显示,原始设计方案存在挑流水舌对下游右岸的冲刷问题,然后提出了5种不同的优化方案进行对比试验。根据通过流态、水舌以及冲刷坑试验结果的综合考虑,建议采用左边墙偏转9.5°,右边墙偏转7.8°,差动式挑坎,反弧段中间为高坎的优化方案。

狭窄河谷溢洪洞出口挑坎体型优化研究

某水库工程溢洪洞出口采用挑流消能,采用水工模型试验方法系统对比研究了斜切挑坎、双差动斜切、燕尾挑坎和斜切燕尾挑坎等四种优化方案,综合分析了水舌形态、落点、冲刷强度和消能率等水力指标。研究结果表明:斜切燕尾挑坎和圆弧形边墙方案能够使挑流水舌呈“T字型”分布,实现了增大水舌落点范围、减小入水单宽功率和改善局部冲刷的效果,继而增加河道消能区的整体消能率,从而解决工程面临的河道狭窄、地质条件差、单宽流量大等制约问题。相关研究成果可为类似工程提供参考和技术支撑。

挑坎体形对泄洪雾化特性的影响研究

随着一大批具有“高水头、大流量、地质条件复杂”特点的重大水利工程建成,泄洪雾化诱发的环境问题日益突出,亟待开展泄洪雾化缓解技术研究。挑坎体形对泄洪雾化具有直接影响,为此应用水工模型试验和数学模型计算相结合的方法,研究了不同挑坎体形对泄洪雾化特性的影响。结果表明,相同条件下,连续坎的水舌风风速值沿下游河道轴线两侧对称并呈单峰分布,窄缝坎和扩散坎的水舌风风速值近似呈对称双峰分布;泄洪降雨分布与挑坎体形密切相关,较连续坎、窄缝坎、扩散坎的溅水量大大增加。因此,在实际工程中可通过合理优化挑坎体形,以达到减轻泄洪雾化的目的。

燕尾坎+水垫塘组合消能工的挑坎体型优化研究

在抗冲流速小、水头高、流量大、水深浅的狭窄河道中采用挑流消能时,由于河床冲坑深,两岸坡防护难度大,采用人工开挖水垫塘来减少冲刷,可确保岸坡安全和节省工程投资。文章依托某具体实际工程,通过RNG k-ε紊流模型对不同挑坎体型下的挑流特性进行分析,对比分析不同挑坎体型下的水舌形态、落点、水垫塘内紊动能耗散率和底板冲击压强等水力特性。得出在兼顾水垫塘冲击压强和二道坝出流衔接平稳的前提下,尽可能增加挑流水体与水垫之间的剪切面积来增强水垫塘消能率。结果表明,燕尾坎+水垫塘方案适用于水头高、抗冲流速小的狭窄河道,可为类似工程提供参考。

适用于高水头窄河谷的燕尾斜切组合挑坎试验研究

窄缝挑坎和燕尾挑坎是高水头、窄河谷泄水洞挑流消能常采用的挑坎型式,通过纵向拉伸水流形成片状水舌,达到水流顺利入槽、下游河道水流充分消能的目的。由于挑坎自身具有的特点,窄缝挑坎和燕尾挑坎的出射水流沿泄槽轴线纵向拉伸,下游河道落水区域呈平面一字型。为了避免挑坎内缘水流落砸本岸,需控制水舌的纵向拉伸长度;而对于下游河道地质条件较差的工程,水流消能难以达到满意的效果。结合两河口水电站溢洪道1∶40水工物理模型,通过窄缝挑坎、燕尾挑坎和新型燕尾斜切组合挑坎的对比试验研究,所提出的新型燕尾斜切组合挑坎在适应河型和充分利用水舌纵向拉伸长度方面具有一定的优势,能更好地满足工程下游河道的消能防冲要求。试验研究成果可供类似工程参考。

高水头大流量泄洪洞挑坎体型优化及下游冲淤研究

针对某水电站泄洪洞出口挑坎水力特性和下游河道冲淤特性进行了试验研究。结合水力参数和下游河道冲淤变化规律的测试,探讨了泄洪洞挑坎原设计方案存在的主要问题。对不同挑坎位置和体型进行了对比试验,分析了各个方案的优缺点,最终提出了水流条件、冲淤特性均较优的椭圆型挑坎。研究成果可为实际工程设计提供试验依据。

泄洪洞窄缝燕尾组合挑坎试验研究

采用物理模型试验的方法,在综合考虑燕尾挑坎、窄缝挑坎2种消能工各自特点的基础上,针对长河坝水电站2#泄洪洞挑流水舌所必须达到的挑射效果,进行了窄缝燕尾新型组合挑坎的试验研究。从挑坎内部水流流态、出挑水舌形态以及下游消能防冲效果3个方面进行了燕尾挑坎、窄缝挑坎以及新型组合挑坎之间的对比试验。研究结果表明:新型的组合体型兼有燕尾挑坎与窄缝挑坎的优点,它在改善坎内水流流态、水舌形态、减轻下游河道冲刷方面起到了重要作用,同时也满足2#泄洪洞出挑水舌的限制要求。试验的研究成果可供类似工程参考。

挑坎水舌运动轨迹控导措施研究

依托某工程泄洪洞出口消能工体型优化试验,对常规挑坎、平面扩散型和纵向扩散型消能工(窄缝挑坎)的挑坎水舌特性进行了对比研究,其中重点对窄缝挑坎消能工鼻坎体型对水舌运动轨迹、水舌形态、入水范围的控导作用进行了初步探讨。研究结果表明:通过侧墙非对称偏向、出口局部偏转等措施实现挑坎水舌运动方向的控导效果,适应下游河道边界特殊需要,较好地解决了工程消能难题,可为同类型工程提供参考,但鼻坎体型、尺寸等参数与水舌运动轨迹的定量关系仍有待进一步深入系统研究。

曲面贴角窄缝挑坎与直墙窄缝挑坎对比研究

曲面贴角窄缝挑坎是在直墙窄缝挑坎基础上发展而来的典型消能工,目前对曲面贴角窄缝挑坎水力特性的研究还较少。通过对比分析曲面贴角窄缝挑坎与直墙窄缝挑坎体型结构、消能机理、受力特征上的差异,并从水力模型实验方面予以验证,证实曲面贴角窄缝挑坎除具有传统窄缝挑坎的优点外,还具有边墙低、消能充分、稳定性及安全性好、水舌纵向横向较为分散、底槽水舌挑距稳定有利于跨岸、下游河道冲刷深度较浅等优点。

无中隔墩卧底式窄缝差动挑坎的设计研究

针对目前在多孔河岸式溢洪道上采用窄缝挑坎消能工,都是沿闸墩用长墩隔开,至出口段将墩体升高加厚、急剧收缩成窄缝的结构形式。全程隔墩混凝土用量大,加上强大侧向水压力荷载等影响到工程投资、结构安全与泄洪运行管理问题。该设计提出省去泄槽中部的长隔墩,只在溢洪道出口连续挑坎下部加入"卧底式窄缝",借以实现继续应用收缩式消能工。经模型试验表明:通过"分段连续坎"与"窄缝"的差动作用,出射水舌抛射呈十、廿、卅字形,加大入水面积和碰撞机率,消能效果良好,并方便人为控制水舌落点。在水电工程中有扩大应用潜力。

扭曲型挑坎挑流的数值模拟

采用RNGK-ε湍流模型与VOF多相模型对扭曲型挑坎挑流进行水气两相流三维数值模拟,模拟了挑坎里的自由水面与挑流的空中轨迹线,得到计算域的速度、压强、湍动能K与湍动能耗散率ε的分布、内外挑距与水舌宽度,并与物理模型的试验结果进行比较,两者吻合良好,验证了该数值模拟方法的可靠性、合理性。

溢洪道出口扭曲型挑坎水流的数值模拟

采用k-ε紊流模型,VOF方法跟踪自由水面,求解三维N-S方程对三种不同出口挑坎体型的溢洪道内水流流动进行了数值计算分析,得到了出口挑坎段的水流流动参数分布,并详细计算了出坎水流的抛射形态。通过比较分析,优化挑坎体型,为工程设计提供参考。

对称曲线边墙窄缝挑坎的体型设计方法

根据辐射水流特性 ,应用冲击波简化式 ,直接推导曲线反射扰动线方程 ,建立了无需试算迭代、且比较规范的对称曲线窄缝挑坎体型设计方法及水力计算方法 .

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.

非对称窄缝挑坎的边墙曲线计算方法

本文根据辐射水流特性 ,应用冲击波简化式 ,在对称曲线边墙窄缝挑坎的计算方法基础上 ,建立了基于理论的非对称曲线窄缝挑坎设计计算方法。模型试验表明本方法可以比较准确地反映这种窄缝挑坎的水力特性 ,试验结果与计算结果基本一致。

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.