梯形消能墩组合式台阶消能工水力特性

为了提高溢洪道的消能效果,降低台阶面负压,该研究提出了消能墩与台阶组合的消能工布置形式,在台阶凸角处布置梯形消能墩。通过模型试验与数值模拟的方法,研究单排布置与单排交错布置下组合式台阶消能工的流态、流速、压强和消能率,并与传统台阶消能工的水力特性对比。结果表明,组合式台阶消能工与传统台阶消能工水流流态基本相同,在凸角布置消能墩产生雍水作用,水流更为平缓;在靠近台阶水面位置,组合式台阶消能工水流流速相较于传统台阶消能工降低54%,并且各体型台阶消能工断面流速遵循底层小、表层大的规律;组合式台阶消能工的台阶水平面与竖直面在靠近凸角附近存在负压,且相较于传统台阶消能工在竖直面上负压范围缩小60%~70%;相对临界水深由0.714增大到1.486时,组合式台阶消能工较传统消能工消能率下降幅度小,且在相对水深较大的情况下消能率仍可达到70%以上,具有更好的消能特性,可为台阶溢洪道的相关工程提供参考依据。

梯形消能墩—台阶组合式消能工水力特性研究

为降低台阶负压,减少空化空蚀的影响,提高台阶消能效果,在传统台阶凸角位置增设梯形消能墩组成梯形消能墩—台阶组合式消能工,采用水工模型试验与数值模拟相结合的方法,研究梯形消能墩—台阶组合式消能工的水力特性。结果表明,梯形消能墩—台阶组合式消能工台阶水平面与竖直面在靠近凸角附近存在负压,有发生空化空蚀破坏的可能;但台阶水平面与竖直面负压区掺气浓度基本大于5%,可有效降低空化空蚀危害;在本研究范围内,梯形消能墩—台阶组合式消能工消能率可达70%以上,消能率随流量的增大而降低。该组合式消能工有利于减小台阶空化空蚀危害和提高台阶消能效果,可为台阶消能工设计和现有台阶溢洪道除险加固提供参考依据。

消能墩在分段加墩式台阶消能工中的应用研究

为了提高台阶消能工的掺气浓度,减缓空化空蚀危害,提高消能率,提出了分段加墩式台阶消能工,采用数值模拟的方法,研究消能墩正墩和反墩布置形式对分段式加墩台阶消能工水力特性的影响。结果表明,分段加墩式台阶消能工在台阶平直段消能墩附近产生水跃,正墩布置形式水跃掺气效果较好,沿程掺气浓度较高,减缓空蚀效果较好;各台阶段沿程流速逐渐增大,正墩布置具有更低的流速,消能效果更好;消能墩迎水面和上游区域形成了较大范围的正压,消能墩顶部及背水面产生了负压,正墩布置对水流的阻碍作用较高,反墩布置负压较大;各流量工况下,两种布置形式消能率较高,正墩布置形式在流量较大时消能率更高,具有更好的消能效果。正墩布置形式在减小台阶空蚀破坏和提高消能率方面效果更好,可为分段加墩式台阶消能工结构设计提供一定的参考依据。

分段加墩式台阶消能工消能特性研究

为了在有限空间内提高溢洪道的消能率,提出将实际工程分为若干个台阶+平直段的组合,并在平直段布置梯形消能墩的组合消能方式,采用数值模拟方法,研究了一组三段台阶+平直段的台阶消能工的消能特性。结果表明,分段加墩式台阶消能工消能率较高,消能墩的存在会影响局部水流流态,使墩后出现不同程度的壅水,同时提高掺气量,在墩处形成低流速区域;墩前出现局部高压区,墩顶及墩后会出现负压区;消能墩会使局部形成高湍流动能耗散区。结果可为空间及资金条件有限又对消能率有较高要求的溢洪道消能水利工程提供理论参考。