切向入流旋流竖井在深圳市前海-南山排水深层隧道中的应用研究

为探究切向入流旋流竖井的水力特性,采用物理模型手段,结合深圳市前海-南山排水深层隧道中郑宝坑渠旋流竖井方案,研究旋流竖井内的水流流态、消能特性、排气效果及特征压力值。结果表明:各工况下进口位置处水流逐渐形成水翅,进入竖井后沿内壁形成螺旋跌落流,水流流态较好,当竖井流量极小时竖井内无法形成螺旋跌落流,水流进入竖井后呈射流形态跌落至竖井底部;旋流竖井总消能率在81.9%~89.5%之间,消能率随着流量的增大而逐步减小;旋流竖井相对于传统水工旋流竖井,具有消能效果好、结构简单等优点,在城市深层排水系统中具有较大的应用空间。

旋流竖井输水洞在滇中引水二期工程中的应用

为验证滇中引水二期工程石屏干线金山坡旋流竖井输水洞设计,在开展模型实验前,通过数值模拟手段,利用RNGκ-ε湍流模型及VOF两相流模型,对设计方案进行水流三维数值模拟分析。结果表明,在不同设计工况下,旋流竖井内过流能力均满足设计泄流要求;旋流空腔流态稳定,下游输水洞内水流平稳;旋流竖井内最大流速178m/s,最大压强70kPa,最高消能率75%,消能效果良好。模拟结果表明金山坡旋流竖井输水洞方案设计合理可行,可为工程下一步设计工作提供参考。

旋流竖井泄洪洞水力学特性及泥沙输移特性研究

基于RNGκ-ε双方程紊流模型并结合VOF两相流模型,通过模型试验和数值模拟分析了双涡室旋流竖井流态、流速、压力、消能、空化和泥沙输移特性。结果表明,模拟结果与试验值吻合程度较好,涡室段通过掺气坎补气,掺气更加充分,降低了发生空蚀破坏可能性;实测消能率达到75%以上,消能效果较好;不同粒径泥沙在不同流量下在竖井底部存在泥沙淤积,使得消力井深度减小,小流量运行时淤沙最高可达到消力井深度的72%,但经过一次大洪水后泥沙被清空,淤沙高度降低为井深的1.6%,使旋流竖井保持有足够的消能水垫,不会影响其正常运行。在实际工程中,控制拦污栅大小,避免大颗粒泥沙进入泄洪洞导致拥堵,实践中可通过改变运行方式来控制消力井淤沙高度,使其有足够富裕的水垫深度来满足旋流竖井设计和正常运行要求。

旋流竖井起旋室水气两相流数值模拟研究

起旋室是旋流竖井泄洪洞的主要组成部分,为克服传统模型试验对空腔旋流的量测限制,利用RNG k-ε湍流模型对起旋室内气液两相流进行数值计算,获得起旋室内旋流运动的水力特性。计算结果表明近壁面压强沿流程增大,断面压强沿半径趋近线性增加,压强等值线呈现以起旋室中心为圆心的同心圆分布;起旋室同一断面上轴向流速随半径r先减小后增大,切向流速随半径先增大后减小,表现出组合涡分布特征;组合涡指数n处于-0.4~1之间且随半径增大而增大,表明水流从准自由涡主导转变为准强迫涡主导;起旋室内水流运动主要为切向和轴向运动为主,且沿程由切向运动主导逐渐向轴向运动主导转变,与旋流角α沿程变化特征相符合。

高地应力强卸荷下大直径旋流竖井施工技术

针对高地应力区旋流竖井爆破过程出现的片帮和岩爆等问题,依托某水电站泄洪系统,对旋流竖井施工进行研究。为了保证穹顶结构稳定,穹顶中部保留直径为6m,先依次围绕岩柱环向分层爆破穹顶其他范围,再依次分层爆破岩柱;直线段涡室利用原有下平洞,在上平段底采用反井钻法施作直径为2m的溜渣导井,以此释放一部分地应力,直线段涡室沿平面方向划分两个区域,依次分层进行爆破施工;变截面涡室分层每爆破一个循环进尺,直径缩小0.25m;涡井划分层进行爆破施工。通过旋流竖井分区、分台阶、分层的顺序进行爆破,同时配合溜渣导洞、溜渣导井出渣的施工方法,可有效降低开挖阶段片帮和岩爆等风险,确保旋流竖井的顺利施工。

淹没型旋流竖井泄洪洞流态过渡的数值模拟研究

旋流竖井泄洪洞的工程技术难题之一是:高尾水位淹没出流时的泄洪洞排气难,出口易发生气爆。对此,采用数值模拟的方法,结合某泄洪洞工程开展了相关的研究,获得了各个流段不同的水流流态、流速、压强以及消能率的沿程分布和特性,计算结果与实验结果符合良好。分析了水流由强紊动掺气状态过渡到有压流动状态的转换机制及其对结构的影响,研究表明,泄洪洞内水平段可分为掺混消能区、气泡逸出区、气体排出区和平稳流动区,其中掺混消能区是消杀能量的主要区域,该新型旋流竖井泄洪洞在淹没条件下,气体能够顺利排出,流态转换平顺,压强分布平稳,可为类似工程参考。

旋流竖井泄洪洞在青山冲工程设计中的应用

青山冲水利枢纽工程泄洪建筑物采用旋流竖井泄洪洞,经水力学计算,旋流竖井内水流流态稳定,消能效果良好,且对边坡扰动小,取得了良好的工程效益。

浅谈旋流竖井泄洪洞涡室的优化试验

旋流竖井泄洪洞上平段与涡室的衔接良好与否对于竖井涡室内水流流态具有非常大的影响,如果设计不好将降低竖井壁面的抗空蚀空化能力,并且也将对竖井中心空腔的稳定造成影响。结合某工程旋流竖井泄洪洞,针对其上平段壅水以及涡室水流流态较差等问题,对其上平段与涡室的衔接进行了一系列的优化调整,最终实现了上平段与涡室水流的良好衔接,并且保证了竖井中心空腔的稳定。

旋流竖井泄洪洞数值模拟研究

通过对旋流竖井内水体的数值计算,将常规水力学参数计算结果与试验结果进行对比分析后发现,数值计算在研究旋流竖井泄洪洞的涡腔形态、沿程水深及壁面压强等方面可以得到与试验研究相一致的结果,因此,可以认为:竖井沿程流速计算值也同样与实验结果具有良好的吻合度,从而有效解决了模型试验难以准确测量流速的问题。

甲岩水电站右岸泄洪洞旋流竖井Ⅱ期开挖支护施工

介绍甲岩水电站右岸泄洪洞旋流竖井在Ⅱ期开挖、支护施工阶段可选用几种施工方案。通过对几种施工方案的可行性、经济性比较,选择了从竖井上部用电动单梁起重机悬挂渣斗出渣、起吊施工材料设备的方案,在施工过程中起重机运行良好,用107d完成右岸泄洪洞Ⅱ期开挖支护施工,比原计划提前了15d。

旋流竖井泄洪洞减压试验研究

通过减压试验对某工程旋流竖井泄洪洞单体进行了相关模型研究,采用水听器以及动态数据采集系统对竖井各测点泄洪时进行了空化噪声采集,将声压级差作为水流初生空化的一个判断标准,并计算了各测点的水流空化数,验证了竖井的抗空蚀空化能力及泄洪安全。

旋流竖井中部消能水垫数值模拟分析研究

采用数值模拟的方法,以现阶段实际工程应用中,最大流量竖井旋流泄洪洞为研究对象,对竖井中部形成的消能水垫进行分析研究,得到结论:在流量667 m3/s时,收缩面直径为6.6 m、上收缩角为20°,竖井中部成功形成预想的消能水垫;相同工况下,在消能水垫装置上方,及其下方一定范围内,高程相同的位置,设置消能水垫后水流的壁面流速均小于不设置消能水垫时的壁面流速,即消能水垫装置起到了一定的消能效果。

旋流竖井有压泄洪洞集排气措施研究

该文通过水工模型试验深入分析旋流竖井有压泄洪洞沿程压强分布、旋流空腔、掺气漩涡及水气分离形态,通过在竖井与水平泄洪支洞连接处设置竖缝整流箱实现稳流,并使气体在较短距离内逸出和汇集至洞顶,以及设置带稳流挡板的集气室和排气井,排除洞内水流携带的气体。试验成果可为旋流竖井有压泄洪洞集排气优化设计提供详实的数据支撑。

一种新型掺气型旋流竖井的试验研究

传统旋流竖井泄洪洞在高水头大流量情况运行时,竖井内出现壁面掺气不足,将可能发生空化空蚀破坏影响泄洪建筑物的安全运行。本文提出了一种新型掺气型旋流竖井体型——双涡室掺气型旋流竖井。试验表明:该体型竖井内水流流态更加稳定,掺气更明显,空蚀特性得到明显改善,并增加了消能效果,而且结构更稳定,保证了旋流竖井泄洪洞的泄洪安全。

竖井旋流式泄洪洞数值模拟

本文采用k-ε双方程紊流模型及基于水气两相流的VOF方法,数值模拟竖井旋流泄洪洞复杂的水流运动,得到自由水面,流速及压力等水力要素的分布规律。数值模拟结果与已有模型试验数据的对比分析表明,采用的数值方法能够较好地模拟竖井旋流泄洪洞泄流过程。此外,利用数值模拟的结果对竖井的泄流能力和消能率进行了验证。

旋流式竖井环形掺气坎的掺气空腔计算

通过试验对旋流式竖井的竖井段流速、压强等进行测量,计算了水流空化数。通过分析,明确了有必要在高水头旋流式竖井泄洪洞中设置掺气减蚀设施。针对旋流竖井环形掺气坎掺气空腔长度的计算问题,从旋流式竖井中水流微团的运动特点出发,运用抛射体理论,推导出旋流式竖井环形掺气坎掺气空腔长度的计算方法,同时将计算结果与试验数据进行了对比,表明给出的计算方法具有一定的精度,可供工程设计参考。在设置环形掺气坎后,对下游竖井段时均压强影响较小,脉动压强有所增大但频率分布以5 Hz以内的低频为主,不会对井壁构成威胁。

旋流式竖井涡室结构优化试验研究

前人研究结果和具体工程的试验表明，旋流式竖井的涡室结构可能存在过流时涡室空腔较小、偏心严重，且流态较差等问题。为解决这些问题，结合具体工程，通过理论分析和试验研究，给出涡室半径r1与竖井半径R、涡室半径r2与r1的定量关系，涡室圆弧半径宜为竖井半径的1．5～1．6倍，r2宜为r1的0．58～0．625倍；重新定义跌坎为导流坎，其与引水道边墙的夹角以0°～10°为宜。通过水工模型试验验证，本简化方案结构简单，能有效改善涡室内流态，减小工程量，对类似工程设计有重要的参考价值。

竖井旋流式溢洪道消能及空化特性

为解决旋流式溢洪道壁面负压及其产生的空蚀问题,提出一种无通气孔的新型竖井旋流式溢洪道,并通过物理模型试验及数值模拟计算对其消能及空化特性进行研究。研究结果表明:无通气孔竖井旋流式溢洪道利用进水隧洞净空余幅作为掺气设施,使下泄水流卷携大量空气进入竖井内形成稳定掺混空腔,在竖井井壁摩擦剪切作用及旋转水流相互碰撞下,水流紊动加剧,显著提高掺气浓度及能量紊动耗散,有效解决旋流式溢洪道中易出现的空蚀破坏、消能不充分等问题。

竖井旋流泄洪洞洞内流速分布试验研究

通过模型试验,对竖井旋流泄洪洞竖井壁面流速和压强进行了测量,分析了竖井段的沿程水头损失和压力分布特性。计算结果表明:竖井旋流泄洪洞的能量损失主要由两大部分组成:①壁面摩擦造成的沿程水头损失;②水流进入竖井底部水垫造成的能量损失。分析研究后认为:当竖井高度较小时,水垫消能占主要部分;当竖井的高度增加时,竖井消能所占比例将不断增大。

竖井旋流泄洪洞涡室整流挑坎试验与数值模拟

已有竖井旋流的研究成果表明,涡室进口处水流的起旋对整个涡室流态的影响很大,如何使水流在进入涡室段时能稳定起旋,并贴壁形成稳定空腔,是决定整个竖井旋流消能效果的一个关键性因素。通过试验与数值模拟相结合的方法,研究了涡室进口处整流挑坎的体型对涡室流态的影响,提出了一种新的整流挑坎——楔形挑坎。试验表明,这种挑坎形式与传统圆弧挑坎相比能更好地引导涡室进口处水流的起旋,改善涡室内水流流态。对类似工程设计具有重要的参考价值。