螺旋流排沙管三维数值模拟

涡管排沙以其成本低、效率高等优点而被常常应用于引水明渠的渠首中,但由于涡管尺寸小、流动三维性强等特点,涡管中流动的真实信息很难得到,不利于涡管的优化设计。应用FLUENT软件,以RNGk-ε湍流模型封闭Reynolds方程,用SIMPLE算法求解方程组,采用VOF法追踪自由表面,对明渠排沙涡管中流态进行了三维数值模拟,得到了涡管内切向和轴向流速分布的完整信息。分析了水深、排沙涡管开口宽度、涡管直径、涡管与渠道轴线夹角、涡管开口长度和涡管纵向坡度等参数对涡管内流速分布的影响。

螺旋流排沙管泄流量计算方法

本文通过水槽试验资料，分析了影响螺旋流排沙管泄流量的主要因素，提出螺旋流排沙管泄流量计算公式，并经三座水电站排沙管泄流量原型观测验证，用该公式计算排沙管泄流量筒便可靠、精度较高，可供设计排沙管时参考。

三峡电站排沙管复合钢板的焊接

三峡水电站排沙钢管是用基层为碳钢 ,复层为不锈钢复层的复合钢板制造的。对于在水电系统很少应用且为一类焊缝的复合材料焊接 ,通过理论分析及试验 ,确定了可以保证焊接质量的焊接规范及工艺措施 。

三峡右岸电站4号排沙管制造安装实践

三峡右岸电站4号排沙管采用不锈钢复合钢板制造，其结构与压力钢管类似，但制造安装执行高于《压力钢管制造安装及验收规范》（DL5017）的三峡工程标准，本文就排沙管制造安装中采用自动焊等新技术、新工艺及执行三峡工程质量标准等情况进行介绍。

螺旋流排沙管泄水量及排沙效率分析

本文从螺旋流水流运动机理出发,分析了影响螺旋流强度,排沙管泄水量及排沙效率诸因素,提出泄水量、排沙比经验公式,可供设计排沙管时参考。

水库虹吸式排沙管道吸泥头试验研究

在虹吸式排沙管道中,吸泥头的结构型式、操作方式对排沙效率的影响很大。本文通过水工模型试验分析在一定水头的作用下,五种型式吸泥头的吸沙效率,选择出一个最优吸泥头型式,为虹吸式排沙管道中吸泥头的选择提供科学依据。

间断性排沙管道淤塞的防治措施──渗冲疏导

小型水库、水电厂调压井底部常设有间断性使用的放水排沙涵管，其控制阀门前的管道常因泥沙淤塞而无法正常工作，严重时还会酿成工程失事，管内泥沙的清理也十分困难而危险。针对这一问题，笔者从土体渗透破坏和水力冲切的原理出发，设计了一套渗冲疏导系统，可使阀前淤塞的泥沙在工程自有水压的作用下迅速崩塌排除。渗冲疏导系统的工作原理简单，设计、施工和运用都极简便，对于类似工作条件的涵管工程都可采用。

虹吸排沙管道系统

马丁·欣德利报道：虹吸原理并不算新，甚至也不复杂，但是按此原理设计的一个简单的排沙系统却能节省为恢复水库泥沙淤积损失的库容而需要的几百万美元的疏浚费用。

水库虹吸式排沙管道吸泥头试验研究

对于虹吸式排沙管而言,其吸泥头所具有的结构形式以及操作方式对于排沙效率有着直接的影响,因此对排沙头进行试验研究,选取出最合适的排沙头对于水库排沙有着很好的现实价值。本文就设计的不同吸泥头进行水工模型试验,对不同吸泥头的吸泥效果进行研究,以此对当前时期吸泥管道的使用效果进行有效的提高。

万家寨水库排沙效果及影响因素分析

降水冲刷是恢复水库库容的有效手段。2011年以来万家寨水库在排沙期多次开展降水冲刷运用,取得了较好的排沙效果。基于实测资料,分析了2011年以来万家寨水库排沙效果及其影响因素。结果表明:2011—2021年(不含2016年)万家寨水库累计排沙7.173亿t;排沙主要集中在排沙期;2018—2020年来水较丰,水库降水冲刷历时长,3 a累计排沙4.840亿t;水库排沙影响因素众多,长历时大流量洪水过程有利于水库排沙;运用水位降低时,蓄水量减小,沿程冲刷距离长,壅水输沙距离缩短,有利于提高水库的排沙效果。通过回归分析,建立了不同水位下出库输沙率与主要影响因素的关系。

洪水期小浪底水库排沙影响因素及规律研究

小浪底水库排沙主要集中在汛前调水调沙期和汛期洪水期。2000—2022年汛前调水调沙期和汛期洪水期小浪底水库累计排沙分别为4.840亿t和21.546亿t,分别占水库运用以来排沙总量的18.3%、81.5%。研究表明,入库水量与回水长度是影响汛前调水调沙期小浪底水库排沙效果的主要因素;入库水量越大,回水长度越短,排沙效果越好。通过多元回归得到了汛前调水调沙期小浪底水库排沙量与影响因素的关系。汛期洪水期小浪底水库排沙主要影响因素为壅水指标和进出库流量比,通过研究量化了汛期洪水期排沙比与影响因素的关系。

旋流排沙渠道中旋转水流的排沙效果研究

旋流排沙渠道是基于旋转水流强挟带能力的特点提出的一种渠道水沙分离新技术,为了明晰其水沙特性,在试验研究的基础上,采用Realizable k-ε模型、VOF法及离散相模型,对旋流排沙渠道内的水沙两相流特性进行了数值模拟,通过与模型试验成果的对比确定了不同粒径泥沙的球度,研究了持续来沙条件下旋流排沙渠道的排沙效果,分析了渠道和排沙洞内泥沙的分布规律。结果表明:不同粒径泥沙的球度介于0.2~1.0之间时,在渠道顶部局部来沙条件下旋流排沙渠道对粒径为(0.075,3.000]mm泥沙的计算截沙率与试验值吻合良好,二者的相对误差仅为3.5%,误差主要来源于(0.075,0.160]mm的极细颗粒泥沙;当上游渠道水流进口来沙质量流量为60 g/s时,渠底高含沙水流由起旋室的分流,渠道含沙量迅速降低,起旋室前部和后部渠底水流含沙量分别为44.00 kg/m^(3)和0.07 kg/m^(3);排沙洞内的旋转水流对泥沙的挟带作用明显,在强离心作用下泥沙主要分布在排沙洞近壁面,最大泥沙含量约为200.00 kg/m^(3);在持续来沙条件下旋流排沙渠道对粒径为(0.075,3.000]mm泥沙的截沙率为95.98%,仅少量极细泥沙以悬移质形式进入下游渠道,渠道和排沙洞内无大量的泥沙淤积,表明旋流排沙渠道是一种可实现高效且连续排沙的水沙分离技术。本成果可为旋流排沙渠道在工程中的应用和水沙特性的研究提供有益参考。

体型参数对梯形旋流排沙渠道水力特性的影响

为明确起旋室和排沙洞体型参数对梯形旋流排沙渠道水力特性的影响,采用试验研究与数值模拟相结合的方法,研究了各参数下旋流排沙渠道的分流比、空腔形态、压强、流速,对比分析了不同断面型式的水力特性。结果表明,增大起旋室进口宽度,或减小起旋室出口宽度、起旋室高度、排沙洞直径,均能减小梯形旋流排沙渠道的分流比;起旋室出口宽度是影响分流比的主要因素,排沙洞直径偏小会限制排沙洞内空腔的发展;增加渠道水面与排沙洞出口间的落差后可在排沙洞内形成更有利于泥沙运动的旋转水流;梯形旋流排沙渠道的水资源利用效率更高,当渠道来流量为89.6 m^(3)/h时,梯形旋流排沙渠道的分流比较矩形渠道的降低了6.6个百分点,且同一位置处的旋转水流流速更大。研究成果可为旋流排沙渠道在引水工程中的设计与应用提供参考。

体型参数对旋流排沙渠道水沙特性的影响

为明确关键体型参数对渠道和排沙洞内水沙特性的影响,在模型试验研究的基础上开展了旋流排沙渠道的水沙两相流数值模拟。结果表明:起旋室高度对截沙率影响较为显著,最大相差5.41%;排沙洞直径、倾角和起旋室出口宽度对分流比影响显著,最大相差8.13%,增大倾角后改善了原排沙洞封闭端因壁面条件影响而产生的泥沙淤积;起旋室出口宽度对渠道内水沙特性基本无影响;不同体型下旋流排沙渠道均可高效、持续排沙,截沙率均大于90%,经过起旋室后,高含沙水流从排沙洞流出,下游渠道含沙量急剧减小。

浑源抽水蓄能电站下水库拦排沙系统防沙效果的试验研究

设置拦排沙系统是缓解抽水蓄能电站泥沙问题的有效方法之一。为验证浑源抽水蓄能电站下水库拦排沙系统的防沙效果,建立了浑源抽水蓄能电站下水库泥沙物理模型,进行了不同频率洪水入库试验。通过比较有、无拦排沙系统的输沙量及悬沙特性,论证了拦排沙系统的拦沙效果,并分析了影响拦沙效果的主要因素。结果表明:不建拦沙坝情况,进入下水库的泥沙直接相关于上游水沙条件,其相关系数大于0.8;修建拦排沙系统后,进入下库沙量明显减少、悬沙粒径细化,拦沙效果与拦沙库淤积情况的相关系数均大于0.7,拦沙库的淤积情况是拦沙效果的主要影响因素,而上游水沙条件的影响较小。

西霞院水库场次洪水排沙规律及影响因素

西霞院水库作为小浪底水库的反调节水库,在调节小浪底水库下泄的不稳定流方面起着重要作用。西霞院水库自运行以来,水库呈持续淤积趋势,研究西霞院水库排沙能力对于减缓水库淤积具有重要意义。基于西霞院水库2011—2022年实测水沙资料,对西霞院水库的历年排沙过程以及排沙影响因素进行深入分析,结果表明:西霞院水库排沙受水库运用方式、来水来沙条件等多种因素影响;流量沿程变化系数、入库含沙量对水库排沙比影响较大,且排沙比与流量沿程变化系数显著正相关,与入库含沙量显著负相关;选取流量沿程变化系数、入库含沙量两个显著相关的参数,通过回归分析建立水库排沙比计算公式,决定系数为0.79,排沙比计算值与实测值拟合效果较好。

海勃湾水库2019—2022年排沙调度实践与排沙影响因素研究

水库淤积一直是困扰水库管理部门的难题,科学合理地进行水库调度实现水库高效排沙是解决水库淤积的有效手段。分析黄河海勃湾水库2019—2022年的排沙调度过程,并结合建库以来汛期的进出库水沙资料,开展海勃湾水库高效排沙的相关研究。研究结果表明:2019年、2020年和2022年均实现了水库排沙的目的,2019年基本实现冲淤平衡,而2020年和2022年排沙效果较好;坝前水位是影响海勃湾水库排沙的关键影响因素,入库流量与入库沙量是影响出库沙量的重要影响因子,通过对影响因子的拟合,得到了海勃湾水库排沙经验公式;不同入库水沙条件须搭配不同的调度措施才能实现水库的高效排沙,应通过合理搭配入库水沙条件以及坝前水位,实现水库的高效排沙。

三峡水库场次洪水排沙规律及影响因素

水库泥沙淤积导致库容损失,影响水库综合效益发挥,研究水库排沙规律及影响因素对于改善水库淤积状况具有重要意义。根据2003—2021年朱沱、北碚、武隆、寸滩等水文站实测数据,合理划分三峡水库场次洪水过程,分析其排沙规律,并重点研究坝前水位、入出库输沙率、洪水滞留时间等因素对排沙的影响。结果表明:三峡水库场次洪水过程的划分采用统一的定量标准并考虑洪峰沙峰异步传播的影响更加合理;水库排沙主要集中在汛期场次洪水,各年汛期场次洪水排沙总量平均占全年的67.0%;场次洪水排沙比与坝前水位成反比、与入出库输沙率成正比,但相关性均小于与其成反比的洪水滞留时间,且当入库平均流量大于30000 m^(3)/s或坝前平均水位低于150 m时,排沙比与各因素之间的相关性均有所提升。研究成果可为优化三峡水库运行方式、减少水库泥沙淤积等提供重要参考。

导流片对排沙漏斗水力特性影响试验研究

为减少排沙漏斗的漏斗室淤沙量,提出一种在漏斗室底板布置环形导片的改进方案,探究环形导片布置位置及数量对排沙漏斗的排沙耗水率、漏斗室淤沙量以及泥沙截除率的影响。试验结果表明:在排沙漏斗锥底板布置一定数量的导流片可增大锥底板处的旋转流速,经过对G1、G2、G3(不同导流片布置下的排沙耗水率相较于传统排沙漏斗的变化率G1、不同导片布置下的底板泥沙淤积量相较于传统排沙漏斗的变化率G2、不同导片布置下的泥沙截除率相较于传统排沙漏斗的变化率G3)三个指标的评价比选,得出在锥底板最外环位置处布置三层导片可使得漏斗式内的淤积量最小。该方案与传统排沙漏斗相比排沙耗水率降低了4.56%、锥底板泥沙淤积量降低了10.24%、泥沙截除率提高了0.65%。研究结果可为导片在排沙漏斗工程中的导片优化设计提供依据。

三峡大坝排沙孔原型观测及通气管阀门操作优化研究

三峡大坝排沙孔工作门在高水头条件下启闭,且闸门后为有压流,闸门启闭过程中的水力特性复杂,水流空化等问题一直受到各方关注。研究介绍了三峡大坝排沙孔工作闸门启闭的水力学原型观测成果,三峡大坝设有7个排沙孔、2个冲沙孔和1个排沙洞,以左厂1号、2号排沙孔为监测对象,重点监测了通气孔风速、空气噪声、工作闸门区水下空化噪声。观测结果显示:当闸门处于开高3.8 m以上位置时,通气管被水流充满而不能补气,并开始成为分流通道,而且排沙孔工作闸门后通气管在大开度和全开状态下的分流会造成局部空化和声振的问题。经研究制定了合理的排沙孔工作闸门与通气管阀门适时配合操作原则。经过现场验证,采用该优化操作原则,初步解决了排沙孔工作闸门区的局部空化问题及闸门启闭过程中的声振问题。