挑坎型掺气减蚀设施过流掺气特性研究

采用一维激光测速系统，对掺气减蚀工程中常用的直线型挑坎的流场特性进行试验研究．通过测量挑坎上及空腔区水流的流速分布及紊动特性，探讨通气量与紊动强度的关系．同时在深入研究流场特性和掺气机理的基础上，通过分析影响掺气的因素，从理论上探求临界掺气流速的计算，重点分析挑坎型掺气过流在空腔负压较大的情况下，临界掺气条件的理论预测，并通过试验资料验证了该计算方法．在此基础上，还进一步研究了掺气量的计算公式及其变化规律．

延长挑坎型海漫在淠史杭灌区涵洞加固工程中的应用

淠史杭灌区穿堤建筑物多建于上世纪六、七十年代,多年运行后,涵洞出口都出现了不同程度的冲蚀现象。本文结合笔者在此类涵洞除险加固过程中的设计和施工经验,详细介绍了涵洞出口海漫加固处理的两种方法。采用此类措施加固后,工程运行稳定,效果良好。

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。

泄洪洞扭曲型挑坎数值模拟应用

为探究验证泄洪消能工扭曲型挑坎的可行性和合理性,以红岩河水库右岸泄洪洞末端扭曲型挑坎为例,采用标准k-ε湍流模型和VOF多相流模型对扭曲型挑坎进行水气两相流三维数值模拟。研究结果表明计算域的整体流态及水面线高程与水工模型试验数据吻合良好,计算误差较小;挑距挑高及冲刷坑深度数据均显示挑坎布置合理,运行安全;下游冲刷趋势与流速紊动能分布均显示消能充分,水流顺利归河。为后期使用数值模拟的研究方法对大交角狭窄河道情况及挑流鼻坎型式的优化设计提供了参考和借鉴。

Y型窄缝挑坎水力特性试验研究

以斯木塔斯水电站为例,针对原矩形窄缝挑坎不能满足工程需求的问题,提出了一种Y型窄缝挑坎的体型设计方案,通过模型试验分析了不同工况下该体型流速、压强、水舌形态等各项水力特性。结果表明,Y型窄缝挑坎各项水力特性良好,消能效果显著。

带斜切型挑坎的溢洪道水力特性三维数值模拟

采用RNGκ-ε紊流模型和VOF方法对某工程带斜切型挑坎的溢洪道水力特性进行了三维数值模拟研究,详细描述了斜切型挑坎处的流速、压强等重要特性的分布规律,分析了挑射水舌挑距、入水速度等参数特点,指出挑射水股将偏向左侧河道中心位置,减轻对右岸河床的冲刷。将部分结果与试验对比,符合良好,验证了数值方法的准确性,可为挑坎体型优化设计提供重要的参考依据。

溢洪道出口挑流鼻坎体型优化试验研究

针对常规斜切挑坎两侧边墙流速低、中部流速高,导致挑坎水舌小流量落砸本岸、大流量冲刷对岸的问题,结合1:45水工模型试验,对某电站高水头、窄河谷、大溢流交角溢洪道出口挑流鼻坎体型进行研究,提出了一种内凹折线型斜切挑坎。该挑流鼻坎体型简单可靠、流量适应范围广、水舌归槽性及下游消能防冲效果好,但体型设计应注意以下几点:(1)中部镂空内凹折线段数量可根据下游河道岸边地形变化情况增加或减少,但相邻折线段之间夹角应平顺过渡,以满足挑射水舌水量分布均匀的要求。(2)靠近两侧边墙处底板应有一定宽度,以免边墙上产生不稳定水翅。

Y型窄缝挑坎在水电站导流泄洪洞中的应用

针对出口位于特别狭窄的河谷导流泄洪洞而言,选择合适的鼻坎形式非常重要。本文在分析各种挑流鼻坎体型及其适应范围的基础上,提出一种Y型窄缝挑流挑坎形式,并借助某水电站泄洪导流洞的模型试验研究资料,对该体型的水舌形式进行研究。结果表明:泄洪导流洞出口采用Y型窄缝挑流鼻坎后,既能在各种工况下都形成纵向拉开水舌,又能满足工作水头变幅巨大的运行要求,且导流期和永久泄洪期采用同一挑坎,无须改建。

溢洪道出口窄缝挑坎特性研究

消能工体型的选择在水利工程设计中至关重要。采用RNG k-ε紊流模型与VOF方法对泄洪过程中溢洪道与水垫塘内的水流进行水气二相流三维数值模拟,研究窄缝型挑坎消能工的水流特点及规律,结果显示,数值模拟计算的水深、水流流态、入水角度等参数与模型试验结果吻合较好,验证了数值模拟的可行性。在此基础上,计算分析了窄缝型挑坎收缩段水流及空中水舌的水力特性,以及水垫塘底板压强分布规律,确定出窄缝型挑坎最大压强所在位置及空中水舌流速变化规律。研究结果表明:窄缝型挑坎束窄水流作用明显,其空中水舌同一横断面的最大流速位置基本相同,同一纵向断面垂向流速差沿程逐渐减小,挑坎收缩段底板处流速大小呈抛物线形分布,而压强分布沿程呈现3个区间3个趋势的分布规律。研究成果可为实际工程中同类型消能工的设计提供参考。

溢洪道出口斜切型挑坎挑射水舌三维数值模拟

采用RNGk-ε紊流模型与VOF方法对溢洪道斜切型挑坎挑射水舌进行了水气二相流三维数值模拟。计算得到了空中水舌形态、水舌挑距、水舌入水角度及入水速度,模拟结果与模型试验和理论计算结果吻合良好,分析了空中水舌及水舌入水区域的流场、水舌入水位置、紊动能κ和紊动能耗散率ε的分布规律以及提高水舌数值模拟精度的措施。论文研究结果表明本数值模拟方法对类似工程基本可以代替模型试验,从而提高研究效率,并为工程优化设计及运行提供科学依据。