单孔双窄缝消能工收缩比对水力特性影响研究

单孔双窄缝消能工在高水头、大流量、窄河谷的水利工程中具有一定的推广价值,但在应用过程中发现中墩迎水面容易受水流冲击而破损,而收缩比对此现象和消能效果影响较大。采用TruVOF方法及RNG k-ε紊流模型进行三维数值模拟,研究在不同来流Fr数下收缩比对水舌流态、消能率、河床底板及挑坎收缩段压力分布变化规律的影响。结果表明:数值模拟与物理模型试验结果基本吻合,可通过调整收缩比β获得合适的高坎中墩水深来减弱高速水流对中墩迎水面的冲击;当β=0.3时,下游河床底板峰值压力P_(max)最小,且峰值压力核心区与传统窄缝相比前移60 m;β<0.3时,P max随着β的减小反而开始增大,而消能率随之减小,同时在挑坎收缩段中部附近位置出现冲击波交汇点,且流道内各断面中线压力沿水深分布在压力最大值前后其规律不同,与宽尾墩类似。虽然来流Fr数对分流比影响较小,但当2.43<Fr<2.82时,各体型方案的分流比k q增大幅度较大,导致双窄缝体型河床底板压力变化幅度较明显。

磨坝峡水源工程泄洪冲沙中孔及出口窄缝消能设计

甘肃成县磨坝峡水源工程所处河谷狭窄,采用溢流表孔+坝身泄洪冲沙孔的运用方案。泄洪冲沙中孔承担着水库泄洪和冲沙的功能,对保障工程建成后的安全运行具有重要作用,通过水工模型试验的方法对泄洪冲沙中孔泄流和出口窄缝消能的开展了分析和优化设计,较好的解决了中水头、狭窄河床和陡高岸坡特点消能防冲问题,并减少对大坝抗滑稳定及两岸建筑物的影响,可为同类工程提供借鉴参考。

坝身泄水孔窄缝消能工三维水动力特性数值模拟

本文采用双方程紊流模型对中孔窄缝消能工的出流进行了三维紊流数值模拟,给出了侧墙压力分布、流场、挑流水面线等水流特性。计算结果和模型试验数据对比,两者吻合较好,对不同底板挑角的方案进行的比较计算结果,发现底板挑角对水流特性有着明显的影响。

窄缝消能与碰撞消能雾化水流研究

窄缝消能是挑流消能的一种特殊形式。本文对窄缝消能的雾化水流特性进行了初步的研究 ,提出了窄缝消能高速挑射水流的数学模型 ,同时对窄缝消能的雾流源量进行了分析。此外 。

窄缝消能工冲击波及水翅特性研究

窄缝消能工(STED)是一种结构简单、消能高效率的消能设施,广泛应用于高水头、大流量及窄河谷条件的水利工程。然而,由收缩段中冲击波造成的水翅作为窄缝消能工的一种特殊水力现象,将给下游岸坡稳定性和建筑安全带来危害,而由水翅造成的危害没有引起足够的重视,因此有必要对冲击波的形成机制及由此造成的水翅的运动特性进行专门研究。通过模型试验深入研究流态,结合理论分析揭示了窄缝消能工冲击波和水翅之间的内在联系。通过加入修正系数的方式将Ippen理论应用于窄缝消能工中,提出了冲击波波角的简化计算公式和水翅影响范围的估算方法。模型试验的结果显示该估算方法能够精确反映水翅的影响范围,计算相对误差在5%以内。

丹达河水电站窄缝消能研究

通过物理模型试验,对狭窄河谷拱坝坝身挑流无碰撞泄洪消能方式进行了研究,得出:表、中孔均采用窄缝收缩体形可以使水流横向收缩、纵向扩散,分区分散落水,大大减小水舌在单位面积内的入水量,从而减小对河床的冲刷。采用质点抛射体运动轨迹理论对中孔水舌挑距进行了分析计算,并与试验值进行了对比,两者吻合良好。说明窄缝方案能很好地解决狭窄河谷中拱坝坝身挑流无碰撞泄洪消能问题。

窄缝消能工水翅扩散降雨特性试验研究

窄缝消能工冲击波水翅扩散降雨对岸坡稳定及岸上建筑物的安全运行构成威胁。采用水工模型试验方法,研究窄缝消能工在不同来流Fr数、收缩比及底板挑角等参数条件下的水翅横向扩散降雨特性,揭示了不同参数对降雨区域形态及降雨强度分布的影响规律。研究结果表明,水翅降雨区域形态对窄缝底板挑角变化较为敏感,水翅产生雨强递减速率随着收缩比增大而增大,随着底板挑角增加（-10°～0°）而增大;最大降雨强度位置距窄缝出口纵向距离随着Fr数增加而增大。试验参数值选取范围主要考虑的是工程常用范围,可为深入研究窄缝消能工急流冲击波与水翅扩散问题提供参考。

Y型窄缝消能工三维水力特性数值模拟——以斯木塔斯水电站工程为例

为了解Y型窄缝消能工的水力特性,以国内在建斯木塔斯水电站工程为原型,采用标准k~ε双方程湍流模型,引入VOF模型求解自由水面的方法,对斯木塔斯泄洪洞Y型窄缝消能工进行了三维数值模拟,得到了出口明槽段水面线、射流形态、不同高程水舌形态、左右侧墙及底板压强等水力特性值,并与物理模型试验值进行了比较。结果表明,数值模拟的精度较高,能够详实地反映Y形窄缝消能工水流内部的情况,可为Y型窄缝消能工的选型提供依据。

拱坝中孔平底与跌坎窄缝消能工对比试验

结合大花水水电站中孔泄水道的水力学模型试验,对拱坝泄水中孔平底和跌坎两种窄缝消能工进行了对比试验,指出:平底窄缝消能工水流冲击工作弧门支铰,水舌纵向拉开不够充分,不能满足工程需要;跌坎窄缝消能工水流不冲击弧门支铰,且水舌纵向拉开长度明显增大,在各种水头下均能形成形态良好的窄缝水舌,解决了该泄水道的高速水流问题。

窄缝消能工在高薄拱坝坝身中孔上的应用

峡谷地区高坝泄洪建筑物在大泄洪落差下泄放大流量,需要消刹的泄洪功率很大,做好消能防冲设计,确保建筑物安全,是一个重大的技术课题。在乌江东风水电站的设计中,首次把“窄缝消能”的设计思想应用到了高薄拱坝的坝身中孔上,并成功地经受了实践的检验,获得了很好的技术和经济效益,为今后类似的工程设计提供了有益的经验。

窄缝消能工水力特性数值模拟

对于窄缝式消能工,收缩比和出口形式是影响其水力特性和消能效果最重要的两个参数。采用RNGκ-ε紊流模型与VOF多相流模型对窄缝消能工进行水气两相流三维数值模拟,模拟收缩比为0.4,出口形式为矩形和底部收缩比为0.5,顶部收缩比为0.7的V形出口两种窄缝体型的水力特性,数值模拟结合龙水电站开口泄洪中孔窄缝消能工模型试验,对比分析了两者在压力、水面线、水舌和落水形态等水力特性的不同,结果表明采用紊流模型模拟研究窄缝消能工的水力特性是可行的;V形出口形式具有较大的优越性。

窄缝消能工水力特性对比分析研究

以某大型水电站为例,基于RNG κ-ε和VOF相结合的数值模拟方法,对不同方案的窄缝消能工下游水垫塘内流态进行了对比分析研究,并与试验结果进行了对比,吻合较好。研究结果指出:(1)体型Ⅰ(3股纵向水舌消能方案)和体型Ⅱ(2股横向水舌+1股纵向水舌消能方案)条件下水垫塘内流态具有一定差异,但对水垫塘底板的冲刷效果基本一致;(2)两种体型条件下底板冲刷均由2~#表孔泄洪导致,而1~#和3~#表孔泄洪主流受到两侧回流及水体顶托作用下潜深度较小;(3)水垫塘首部基本为静压区,水垫塘桩号0+280 m下游底板压力较大,为主流冲刷区,2~#表孔下游为冲刷重点防护区域,而1~#和3~#表孔泄流方式对水垫塘底板冲刷较小。研究结果可为窄缝消能工的设计方案对比提供借鉴。

窄缝消能在老炉下水库溢流坝中的应用

针对工程所处位置的特殊地形以及由此带来的下游消能问题,通过多方案的比较试验研究,提出适合工程 实际的坝面窄缝消能工方案。该布置较好地适应了消能区地形,挑射水舌沿竖向和纵向拉开、扩散较充分,水舌在 空中的消能率增大,水舌外缘落点适度,从而减轻了下游河床的冲刷,较好地解决了老炉下水库溢流坝下游的消能 防冲问题。试验推荐方案已被设计采用。

浅谈高拱坝泄洪消能状况与窄缝消能工应用

本文首先介绍了高拱坝的泄洪消能概况以及存在的问题,重点阐述了窄缝消能工的研究现状和应用,希望能为广大水利建筑工程技术人员提供借鉴和参考。

窄河谷大夹角挑流消能工体型优化研究

针对窄河谷大夹角条件下挑流消能易出现冲击两岸、冲坑过深的问题,采用水工整体模型试验方法对具有代表性的某水利枢纽深孔放水冲沙洞挑流鼻坎体型开展优化研究,并对比分析了水舌形态和下游河道冲刷特性。结果表明,不对称收缩的异型窄缝式消能工可使水流在狭窄河道归槽,水舌纵向拉伸效果较好,大幅减轻了河床冲刷;提出了收缩比、收缩角差、斜切面积比等特征参数适宜的挑流消能工体型,可供窄河谷大夹角条件下挑流消能设计参考。

窄缝消能工水力特性的数值模拟与试验研究

本文对高拱坝深孔窄缝消能工的有压洞段及出口的压力、沿程水面线、沿程流速分布、水舌入水角度、水垫塘底板的动水压力分布等水力要素进行了研究,采用基于VOF两相流的标准k-ε双方程紊流数学模型对各水力要素进行了数值模拟,并与模型试验结果进行比较。结果表明:数值模拟结果与模型试验吻合良好,说明利用该数学模型模拟窄缝收缩段、空中射流水舌及水垫塘的水力特性是可行的。利用抛射体理论计算公式得到各种形式下水舌进入水垫塘的运动轨迹、入射角及入射流速,弥补了模型试验中无法测量空中水舌流速分布的不足,可以为工程设计及应用提供一定的参考依据。

高水头大流量岸边溢洪道窄缝消能工研究与实践

水布垭大坝是目前世界上建成的最高面板堆石坝,采用岸边溢洪道泄洪布置方式,具有泄洪流量和泄洪落差大、消能区河道狭窄、河床基岩软弱、两岸有大型滑坡体以及地下电站尾水出口临近泄洪消能区等特点。通过系统的水力学模型试验研究,解决了大型岸边溢洪道在复杂条件下的泄洪消能和地下电站尾水出口防淤等关键问题,其多项创新研究成果均应用于工程实际。工程建成后的运行实践表明,岸边溢洪道新型消能工的泄洪消能和电站尾水出口的防淤都达到了预期的目标,其试验研究成果可供同类工程借鉴。

窄缝挑坎消能工几个水力参数试验研究

窄缝挑坎消能工以其消能效果显著被广泛运用于高坝建设中,通过建立概化物理模型对窄缝挑坎消能工几个典型水力参数进行模拟研究,根据工程经验分别选取收缩断面前不同来流条件,不同收缩比、挑坎挑角的窄缝体型,共计9组36种试验工况来进行系列模型试验,分析总结其变化影响规律,研究成果可为窄缝挑坎消能工优化设计和进一步深化研究提供理论支持。

窄缝挑坎射流轨迹及扩散特性试验研究

窄缝挑流消能工由于投资少、工程量小,在高坝大流量泄洪建筑物中应用广泛。窄缝挑坎通过纵向扩散水舌的方式进行消能,以优化窄缝挑坎体型为目的,文章基于某水电枢纽物理模型试验,通过调整出口宽度大小的方式控制出口断面高宽比,系统分析出口断面高宽比、流量等对挑射轨迹的影响。研究结果表明,出口断面高宽比是影响水舌挑距的重要因素,射流扩散程度随出口断面高宽比的增加而增大,高宽比增大到一定程度后可清晰地观测到水翅与水帘现象。基于试验测量数据,对学者提出的水舌预测轨迹经验公式进行修正,修正后的公式在一定程度上提高了预测精度,研究成果可供类似工程参考。

非对称河道窄缝挑流轨迹及冲刷规律试验研究

基于某水电站模型试验,系统探究了非对称河道内不同收缩比窄缝消能工的挑流轨迹和冲刷规律。研究表明窄缝挑坎出口的收缩比对冲刷坑的形态影响明显,随着收缩比的减小,挑坎两边的侧墙将水流向中间挤压,同时出射水舌在空气中充分扩散,进一步掺气消能,导致冲刷坑的深度降低、范围增大。对于非对称河床,相同流量下河床冲深会随着β增大而加大,但其冲刷横向扩散范围会显著减小。对水舌外缘挑距的公式开展了对比研究,当收缩比β>0.2时,陈忠儒公式的计算结果与试验值吻合;当β=0.2时挑流轨迹计算应采用修正后的水工计算手册公式。