对设有掺气挑坎泄槽底板拖曳力计算的探讨

通过对泄槽底板结构特点和水流特点的分析,推导出设有掺气挑坎的泄槽底板拖曳力计算公式,并对影响拖曳力的主要因素及局部拖曳力在总拖曳力中所占比例进行了分析和探讨。结果表明:当泄槽内设有掺气挑坎时,随流量、流速的增加,局部拖曳力在总拖曳力中的比重也随之上升;在一定流量下,位于泄槽下部的板块所承受的总拖曳力较大;掺气挑坎的挑角增大会使局部拖曳力显著增加,并造成局部拖曳力在总拖曳力中所占比重的大幅增加。

渥奇面上掺气挑坎布设位置的探讨

渥奇面上设掺气挑坎,流速大时可能发生散水现象,强烈散水会对泄洪建筑物产生不利影响,应尽可能避免。经试验研究发现散水现象的强弱与掺气挑坎布设于渥奇面上的位置有关,布于下游明显弱于上游。主要原因是加设挑坎后,边界变化的剧烈程度不同,上游边界变化更为剧烈。实际布置中,在合理保护范围内,在不发生散水等不良水力现象的基础上,应将掺气挑坎尽量往上游布置,目的是增大保护范围,提高安全性能。

渥奇面上掺气挑坎位置的试验与数值计算分析

采用了紊流模型对设掺气挑坎的渥奇面流场进行了计算,并通过试验验证,发现该模型可较精确地模拟挑流流场和掺气空腔.同时结合试验资料,对掺气挑坎的布设位置进行了研究,得出了相同体型和水力条件下挑坎布于渥奇段下游优于上游的结论,前者流态稳定,散水减弱,下游掺气较佳,可成功解决渥奇段下接高速水流区的掺气减蚀问题,该模型和位置优化结果对掺气挑坎设计选型及布置有指导意义.

设掺气挑坎渥奇面流场数值模拟计算研究

采用了引入VOF法的k-ε紊流模型方程对设掺气挑坎的渥奇面流场进行了数值模拟研究，共模拟了两种挑坎布设位置的方案。本模型采用有限体积法对控制方程进行离散，计算了挑流流场和掺气空腔，并通过与模型试验数据对比验证，证实该模型可较精确地模拟实际流场。分析表明：相同体型和水力条件下挑坎布于渥奇段下游优于上游，且流态稳定，下游掺气较佳，可较成功地解决渥奇段下接高速水流区的掺气减蚀问题，该数值模型结果对掺气挑坎设计选型及位置优化有指导意义。

陡坡溢洪道掺气坎空腔长度及掺气坎角度试验

以苏家河口水电工程为例,针对其陡坡溢洪道掺气坎对流量大小适应性较差的问题进行了试验,对#2掺气坎3种体型(1∶4、1∶10、1∶15)进行了挑角的优化设计。结果表明,在陡坡溢洪道设置掺气坎时应保证挑角和坎高与单宽流量相互匹配,即挑角在3°～5°之间的空腔长度能满足各种工况,否则可能出现掺气坎适应性很差的问题,不利于工程泄洪时的正常和安全运行;空腔长度与挑角在小流量情况下呈指数关系,在大流量情况下呈对数关系,这为实际工程设计提供了依据。

龙抬头式泄洪洞反弧末端边墙掺气减蚀设施的研究

高水头龙抬头式明流泄洪洞发生空蚀的部位一般位于反弧末端下游边墙及底板上,因此研究该部位的掺气减蚀设施具有十分重要的应用价值。结合二滩水电站1号泄洪洞,研究了反弧段边墙掺气问题,基于掺气挑坎设计中应遵循的基本原则,提出了一种新型的斜侧收缩式掺气挑坎体形,并分析了影响侧收缩掺气挑坎挟气量及挑坎下游水流流态的因素。

掺气减蚀设施体型优化研究

建立了计算掺气设施水力特性的数学模型和挑坎掺气槽坎高的优化目标函数 ,对原型掺气槽的体型优化进行了研究。研究表明 ,掺气设施的优化坎高主要与来流 Fr数有关 ,来流 Fr数愈大 ,所需坎高愈小 ;来流 Fr数愈小 ,所需坎高愈大。

土石坝坝体溢洪道泄槽水面线若干问题的探讨

通过试验研究对土石坝坝体溢洪道采用曲线形堰的泄槽水面线起算水深进行了观测,发现圆弧曲线堰及翼形堰的起算水深均小于0.7倍临界水深hk。利用已有的试验资料分析了泄槽设置掺气挑坎后对水面线产生的扰动影响。分析结果表明,由于掺气挑坎对水流的扰动和挑流作用,使得泄槽内的水深增大;掺气挑坎对水面线的影响程度与流速、掺气挑坎的体型等因素有关;当泄槽内设置多道掺气槽时,上一级掺气挑坎的体型对下一级掺气挑坎处的水深也有一定的影响。

土石坝坝体溢洪道底板动水压力的计算与修正

通过对已有溢流混凝土面板堆石坝模型试验成果的分析,发现当泄槽设置多道掺气挑坎时,由于掺气挑坎对水流的扰动影响,使得泄槽底板上的动水压强分布极不规则,作用于泄槽底板上动水压力的模型试验实测值与计算值相差较大,并随底板在泄槽中所处的位置而变化;根据模型试验实测值与计算值的对比,提出了计算底板动水压力时的修正建议。

紫坪铺水利枢纽工程关键技术问题与对策

紫坪铺工程面板坝坝体变形和沉降控制与#1、#2泄洪洞高速水流控制设计是本工程突出的两个关键技术问题,面板堆石坝设计中成功采用表面振动器法测试最大干密度,以压实度确定坝料填筑标准的方法;#1、#2泄洪洞创新地采用了簸箕状挑坎和缓坡段环形掺气挑坎,成功解决了46m/s的超高水流速问题。

达克曲克水电站溢洪道空化空蚀问题研究

国内首个成功运用通气减蚀措施避免泄水建筑物空蚀的工程是冯家山水库。与冯家山大坝一样,达克曲克水电站属中坝工程,最大坝高62.6m,有必要讨论表孔溢洪道泄槽空化空蚀问题。采用时启燧等提出的掺气挑坎临界坎高的经典算法以及空化空蚀相关规范,通过理论计算与实际分析表明:①在溢洪道泄槽段无需设置掺气挑坎;②在没有掺气减蚀措施的情况下,计算施工不平整度按要求控制可以有效避免空化空蚀。

清渡河水库溢洪道模型试验研究与体型优化

清渡河水库溢洪道受下游地形条件限制,存在消力池池长严重不足的工程问题。台阶式消能工可减小入池水流弗劳德数,消力池内加设T型墩辅助消能工可缩短池内水跃长度,两者均有减小消力池所需池长的作用。初步设计采用泄槽满布台阶式消能工后接消力池的基本方案,物理模型试验表明台阶段单宽流量过大导致掺气严重不足,池长仍不足。优化方案比选采用数值模拟进行计算,即先在台阶段前加设掺气挑坎和通气孔进行强迫掺气,在提高台阶段掺气水平的同时减小入池水流弗劳德数,但池长仍不足;之后在消力池内布置T型墩辅助消能工,采用联合消能方案。对推荐体型进行物理模型试验复核,结果表明台阶消能工+消力池内加设T型墩辅助消能工的联合消能方案,可有效解决消力池池长不足的工程问题。

沐若水电站大坝溢流表孔台阶消能设计研究

沐若水电站大坝地处热带雨林,洪水对降雨响应快,且坝址所在河谷狭窄,纵坡较陡,坝后地质条件较差,不利于泄洪消能设施布置。通过对水库泄水运用方式、泄洪和消能形式选择等分析,并经水工模型试验论证,设计最终采用宽尾墩+前置掺气挑坎+台阶坝面的消能方式。水工模型试验表明,台阶式坝面流态平稳,消能效果良好,可大大减轻下游河道的消能防冲难度,减少工程量。