泵站从长距离明流隧洞引水的水力过渡过程

泵站从长距离明流隧洞或明渠的中部引水是一种常见的工程布置形式,水力过渡过程计算通常涉及无压、有压输水系统耦合。以典型泵站工程为例,提出了无压、有压输水系统耦合的求解算法,给出了泵站事故断电、正常启动、停机的控制策略和水力特性。无压、有压输水系统可分别采用长、短时间步,假定一个长时间步内的连接处水位恒定,计算有压输水系统的水力瞬变过程,无压输水系统只考虑连接处流量影响。研究工程中的闸门井,不仅是截流元件,还应考虑其调压塔效用。研究成果可为类似工程的水力过渡过程计算提供参考。

高速明流泄洪洞通气特性研究

鉴于缺乏高流速条件下明流泄洪洞通气特性研究的现状,基于50 m/s量级高速射流试验装置,研究了流速、通风洞面积、泄洪洞相对高度对通气量和通风洞风速分布的影响;通过整理和分析44组原型观测资料和28组试验数据,提出了高流速下的通气量计算经验公式。结果表明,水流速度为18.0~37.2 m/s时,通气量测量值为规范计算值的2.1~9.6倍;随着通风洞面积增加,通风量增长速率逐渐降低,且通风洞内的风速分布情况与通风洞面积有关;随着泄洪洞相对高度的增加,通风量先增后减,泄洪洞相对高度的变化不改变通风洞断面的风速分布特征;改进公式的通气量计算值与实际测量值较为接近,其中3/4数据位于20%误差线范围以内。研究成果可为工程实践提供指导。

高坝明流泄洪洞掺气减蚀三维数值模拟分析

高坝明流泄洪洞的掺气减蚀问题倍受关注。以溪洛渡水电站3#泄洪洞为研究对象,结合大比尺单体模型试验成果,应用分段计算方法对泄洪洞掺气减蚀问题进行了三维紊流数值模拟分析。结果表明:泄洪洞各道掺气坎布置合理且有稳定掺气空腔,掺气坎体型基本合理,明流段洞顶余幅足够。泄洪洞反弧段及末端一段区域水力特性复杂,应重点关注此部位的设计及施工问题。对于高流速、大梯度泄洪洞水力学问题,采用分段计算能提高计算速度。

坡面浅层明流流态界定方法之商榷

为了探求坡面薄层水流流态界定方法,从流体力学与泥沙运动学观点出发,对4种不同粗糙尺度床面(光滑玻璃、人工加糙粒径分别为0.075、0.245和0.380mm)、5种不同坡度下坡面薄层水流放水进行试验研究,并对薄层水流阻力规律与明渠水流阻力规律进行了比较分析。在此基础上提出了粘性底层厚度与水深之比作为新的无量纲临界判数,结果表明该判数能更好地反映坡面薄层水流流动型态。

一维不恒定明流计算的三种高性能差分格式

本文首先讨论了从物理上对差分格式提出的四项要求,即守恒性、逆风性,正性(或保持单调性)和对间断的高分辨率。最近十多年来,在空气动力学领域中已提出许多满足这些要求的高性能格式。本文将其中广泛应用的三类格式,即通量向量分裂格式、通量差分裂格式及通量校正输运格式,移用到一维不恒定明流计算中。结合圣维南方程组的具体形式,并考虑天然河道的几何不规则性,导出了有关公式。最后通过一个溃坝算例对各种方法进行了验证,其结果十分接近,说明这些方法具有广阔的应用前景。

明流泄洪洞流场数值模拟

本文将紊流两方程ｋ－ε模型应用于明流泄洪洞的流场分析，采用适体坐标变换处理复杂的边界及模拟自由水面，获得了流速、紊动能、耗散率、压力及水深等参数的分布。与有关实测资料对比分析，结果令人满意。

高速明流泄洪洞的通气量分析与研究

对于高速明流泄洪洞的进气量和出口的出气量,通过模型试验,从宏观方面进行了数据分析与研究。研究结果表明:泄洪洞中闸室的进气量并不是随着泄洪洞水体流量的增加而增加,而是与闸门后水流的Fr相关;泄洪洞内由水流的自掺气引起的进气量随着水流的Fr增大而增大;在泄洪洞的出口,当库区水位一定时,随着中闸室闸门的开度的增加,出气量随水流的Fr的增大不断增加,然而当达到某一临界值后开始急剧减小;当闸门全部开启后,随着库区水位的上升,出气量随水流的Fr的增大不断减小;出口断面处水体的掺气浓度随水流Fr的增大而增大。

明流隧洞反弧段水力及空化特性研究

明流隧洞反弧段是最容易发生空蚀的部位。本文根据势流理论,运用解析函数的 Riemann—Hilbert 混合边值问题理论,导出了计算二维明流泄洪洞反弧段水力特性的边界积分方程,对反弧段的时均压强,时均流速及水深的分布进行了计算。结合对曲边边界层动量积方程的分析,探讨了反弧末端易于发生空蚀破坏的原因。

明流泄洪隧洞中自掺气水流浓度分布及其计算

通过对明渠和明流隧洞中自掺气水流的对比试验 ,研究了明流隧洞中洞顶的存在对掺气浓度分布的影响 .试验结果表明 :洞顶的存在可导致洞顶附近掺气浓度分布随高度的增加而减小的情况 ,同时 ,在水点跃移区的中上部高含气段 ,掺气浓度亦有所减小 ,甚至全断面掺气浓度均低于 99%.根据有无顶盖时水点通量守恒的条件 ,建立了一个计算明流泄洪隧洞中自掺气水流掺气浓度分布的理论公式 ,并在适当的假设前提下 ,对公式作了简化并对洞高分别为 9cm和 10cm情况下 ,不同流量、不同余幅的掺气浓度进行了计算 ,计算结果与试验资料吻合较好 .

小浪底工程明流洞掺气减蚀设计研究

小浪底枢纽明流洞水头高、流速大 ,存在空蚀的可能性。为了减免空蚀对建筑物的危害 ,根据类似工程的经验 ,结合小浪底工程明流洞的具体情况 ,采用了掺气减蚀措施。设计过程中对掺气坎的形式、布置、保护长度等进行了充分的论证 ,取得了很好的效果。

水流掺气对明流泄洪洞及挑坎水力特性的影响

水流充分掺气可以避免高流速泄洪设施发生空蚀,但也会改变相关水力特性。通过对某大坝泄洪洞掺气设施水力模型试验及关于水流表面自掺气发生条件的相关分析,提出了在全程流速超过38 m/s,长度达550 m的明流洞内仅布置一级掺气设施的建议,较通常情况减少了两级;并针对泄洪洞出流方向与河道流向交角达60°的特点,研究提出了一种大差动异型鼻坎消能工。水工模型试验成果表明,其挑流水舌沿河道纵向扩散良好,水舌外缘与河道对岸保持了30 m以上的安全距离。该泄洪洞建成后经历了高水头、较长时间的泄洪运行,明流洞和鼻坎消能工均无空蚀发生,但挑坎水舌却冲刷到对岸边坡。

用水气两相流数学模型计算明流长隧洞通气量

结合工程实例 ,利用水气两相流数学模型计算明流长隧洞的通气量 .计算结果表明 :该模型具有良好的模拟能力 ,能适应不同的工程布置和运用条件 ,运用该模型计算通气量具有较高的精度 .通过数值计算揭示了通气量随隧洞运行条件的变化规律 ,为工程设计、施工提供有关的参考依据 .

二维浅水明流的一种二阶高性能算法

为了精确求解二维浅水方程组,在由任意三角形构成的无结构网格上建立了有限体积MUSCL算法,这是文献〔1〕中有限体积一阶Osher格式的一类二阶推广。通过采用预测校正二步时间积分和单元内引入坡度限制,该算法在时空上均可达到二阶精度.跨单元边界的法向数值通量采用通量向量分裂公式(FVS)计算。最后,通过长江口南支潮流计算和一维瞬时溃坝模型算例来说明该格式的优良性能及在浅水流动计算中的应用。

大型“龙抬头”明流泄洪洞的体形设计

一、前言大型“龙抬头”式泄洪洞是常被采用的泄水建筑物之一,尤其是在径流量丰富的高山峡谷地区和采用非刚性拦河坝的工程,几乎成为一种被优先考虑采用的泄水建筑物。从收集到已建的大型“龙抬头”式泄洪洞,其中多数是利用导流洞改建而成。

明流泄洪洞反弧段体型的研究

在对多种变曲率反弧曲线的比较分析后，进行了大小不等的单圆弧反弧和连续反弧曲线反弧面的水力特性试验和分析认为，在明流泄洪洞反孤段上，采用变曲率反弧曲线对减免反弧末端空蚀破坏的作用甚微，宜考虑采用较大半径的单圆弧反弧，并在实际运用中应避免中小流量的泄流工况。

溢流坝面明流流动水力特性数值分析

采用正交曲线坐标系下曲率修正的紊流数学模型 ,计算了龙抬头泄洪洞明流流动的水力要素 .计算结果表明 :具有明显曲率影响的泄水建筑物反弧水流的数值计算 ,必须计入流线弯曲的影响 ;本文建立的曲率修正紊流数学模型能够较好地预测具有明显曲率影响的复杂水流的水力特性 .

三门峡水库壅水明流排沙特性分析

利用三门峡水库1964—2006年实测资料,对非汛期53场平水和144场洪水入库壅水明流排沙特性进行了分析,提出了出库含沙量与入库含沙量、水流滞留时间的关系式。分析表明,平水入库时入出库平均含沙量为8 kg/m3和5kg/m3,出库含沙量与黄河调水调沙对下游河道调控含沙量指标要求相差较大;洪水入库时入库平均流量为1 200 m3/s,入出库平均含沙量分别为32 kg/m3和24 kg/m3,其中24%的场次出库含沙量达到黄河调水调沙调控指标要求,2.8%的场次出库流量和含沙量同时达到黄河调水调沙调控指标要求。

明流泄水洞通气量的数学模型

本文从气体动力学方程组出发,导出了明流泄水洞余幅部分的气流流速分布和气流量公式,进一步阐明了流速分布和流量以及影响它们因素之间的关系,并推出了洞内气流回流的必要条件。最后,应用冯家山水库明流溢洪洞的原型观测资料,验证了本文的数学模型。

小浪底工程一号明流洞弧形闸门设计

结合小浪底工程1号明流洞弧形闸门大孔口、高水头的特点,详细地介绍了闸门结构布置、支承型式、止水型式、模型试验、有水试验和运行情况,结果表明:闸门的设计合理,运行可靠,对大孔口、高水头闸门的支承及止水型式、门叶结构及支臂联结系等设计具有参考价值。

小浪底泄水建筑物及明流洞的试验研究

小浪底泄水建筑物设计中主要采用了孔板洞与明流洞。本文着重介绍了对这两种型式泄洪洞的试验研究成果。孔板式消能结构既能充分利用进口高程较低的大直径导流隧洞又能避免在高水头渲泄洪水时,高速含沙水流对衬砌的磨损。河海大学水科所承担的明流洞(1~#)清浑水试验研究表明:清浑水泄流能力接近,均可满足设计要求,原设计体型合理,均未出现负压;通过试验发现掺气不仅有抗蚀作用,且可抗磨。