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。

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。

小浪底工程3号明流洞的几个水力学问题

根据水工模型试验结果，对小浪底工程３号明流洞的泄流能力及事故门井水深进行了分析，给出了相应的计算公式，并得出了明流洞段边界层沿程发展厚度计算式及边界层内流速分布计算式。对陡槽段掺气坎后空腔长度、水舌冲击区底板上的时均动水压力及脉动压力的观测结果表明，在窄深流道中水深变化对掺气坎上水流射距影响很大。本文还提出一种结构简单且水流平面扩散良好的蝙蝠式挑流消能工。

小浪底工程明流洞液压启闭机设计

着重介绍小浪底工程明流洞液压启闭机构成、工作原理、技术参数和主要设计特点。

小浪底水利枢纽工程2^#明流洞断层开挖

2#明流洞全长1105 m,其中下游洞长108 m,开挖断面为直墙圆顶的城门洞型,尺寸为宽12.4 m,高15.4 m,在桩号为0+472～0+515处有F240断层通过,稳定性极差。断层开挖采用短进尺、弱爆破、强支护、勤监测等施 工措施,成功地完成了施工任务。

浍河水库明流洞设计中的几个问题

通过试验提出了在洞前库面加设格栅以破坏串通漩涡的产生 ;进口渐变段由 10m增长至 2 0m ,基本消除了明流洞内的菱形冲击波 ;建议加高挑流段边墙 ,以防止边墙漫水 ;提出了挑流冲坑的范围 。

小浪底工程排沙洞和明流洞事故闸门的设计与研究

排沙洞和明流泄洞是小浪底水利枢纽中重要的水工建筑物，其事故闸门又是金属结构布置中的主要组成部分。本文通过对排沙洞、明流洞事故闸门的止水、支承、节间连接等关键部件的对比选型、计算研究，提出了相应的解决处理方法。目前排沙洞、明流洞事故闸门采用的两种止水、支承及节间连接形式，为小浪底工程所有事故闸门的代表性布置形式。

小浪底水利枢纽三条明流洞设计综述

小浪底水利枢纽是黄河上特大型控制性工程，三条明流泄洪洞是该枢纽的主要泄洪建筑物。本文从７个方面论述了明流洞设计指导思想、设计特点及其结果，内容包括：主要基本资料（主要数据及工程地质、水文地质条件）；设计原则和要求；建筑物布置及结构型式确定；水力设计及水工模型试验；减蚀抗磨措施设计；支护设计（支护类型与支护参数）等。此外，还简要地分析了设计中需重点研究的技术性问题，提出了解决问题的方法。

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。

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。

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。

圆形明流短洞过水能力及最小断面尺寸的计算

从明渠水流的基本理论出发,根据明流洞的水力特性,导出圆形明流洞的过水能力和最小断面尺寸的计算方法,可为明流洞的工程设计以及安全运行提供必要的参考.

大型“龙抬头”明流泄洪洞小底坡掺气减蚀设施的选型研究

本文介绍“龙抬头”式明流泄洪洞掺气减蚀的试验成果。推荐一种适用于高流速、大单宽流量、小底坡明流泄洪洞的新颖U型槽式掺气坎。同时根据水力模型试验和原型观测资料,及前人研究成果综合分析,对掺气减蚀设施的选型提出了设计原则和意向性意见。

某抽水蓄能电站拦沙库泄洪排沙系统的水力特性研究

以某抽水蓄能电站下水库泄洪排沙洞为研究对象,利用相似理论建立了比尺模型,该模型通过了河道阻力试验验证。试验中,观测了不同水力条件下的洞内水流流态、水面线、流速、消能状况以及下游护岸冲刷情况。试验观测结果表明,泄洪排沙洞进口流态平顺、泄流能力及隧洞段流态均满足设计要求,但陡坡扩散段以下的急流涵洞段出现水跃闷洞、明渠深度不足、出口扩散段不能集中拉沙等问题。基于调整纵坡、协调各段输水能力、抑制水跃强度的修改思路,进行了优化修改试验。经多次比对试验,最终确定了优化修改方案,解决了涵洞段与明渠段水流衔接的协调性。修改方案较合理地控制了洞内水深,消除了明流洞水跃壅塞现象,改善了洞内流态;同时,增设扩散段输沙槽,有效提高了小流量集中拉沙的能力,满足了不同水流条件下的泄流安全要求。该研究成果对类似工程设计与安全运行具有一定的参考价值。

泄水建筑物掺气坎底空腔回水探讨

该文主要采用数值模拟的方法,对明流泄洪洞掺气坎底空腔回水问题进行了探讨。通过对连续坎及三维异型掺气坎(U型、V型和凸型掺气坎)后落水区形态,水舌三维流态以及落水区流场结构等水力特性进行分析发现:当水流经过掺气坎后,中间水流较为集中时,主流方向的能量较大,不利于水流在底部落水区域的充分扩散;水流出坎后横向扩散的方向对抑止空腔内回水壅堵较为敏感,掺气坎后水舌向两侧扩散的水流与边壁的相互作用容易产生回水。结合掺气坎后水流的细部结构得出,影响掺气坎后空腔回水的主要因素为:出坎水舌落水区的纵向分布范围与横向分布范围的关系以及水舌入水角度。

三维异形掺气坎体形压力及空化特性研究

采用数值模拟的方法,对明流泄洪洞典型三维异型掺气坎(U型、V型和凸型掺气坎)进行了模拟,分析研究得出,V型坎和凸型坎与U型坎特性相比,压力具有一定的相似性,体形结构具有更好的连续性;不同掺气坎体形的最小压力分布均发生在坎末端,其主要原因是受空腔压力特性的影响,压力出现过渡特性,该区为空化敏感区。采用压力场与变密度方程相结合的紊流数值模拟,给出了三维异型掺气坎的空化发生和发展的范围;受空腔压力特性的影响,空化初生均发生在掺气坎末端,与其压力特性一致,每个掺气坎凹型部位是空化发生的敏感区。