突扩式跌坎消力池掺气脉动特性研究

高速入射水流进入突扩式跌坎消力池后卷入大量空气,形成掺气水流,气体的存在影响各项水力学指标,对工程安全造成影响。基于物理模型试验,对突扩式跌坎消力池的掺气脉动特性进行探究,分析其掺气脉动幅值特性、概率密度分布特性以及频谱特性。结果表明:无突扩跌坎消力池底板中线的掺气脉动幅值呈沿程衰减趋势,最大值出现在消力池首;突扩式跌坎消力池底板中线的掺气脉动幅值呈先增大后减小的趋势,最大值出现在冲击区;与无突扩跌坎消力池相比,突扩式跌坎消力池可以有效降低底板的掺气脉动强度;消力池底板掺气脉动概率密度曲线不服从正态分布;掺气脉动能量属于低频脉动,随流能比的增大而增大;突扩式跌坎消力池底板在冲击区的掺气脉动能量最大,突扩的存在可有效降低掺气脉动作用在底板上的能量。

宽尾墩—跌坎消力池脉动压强试验研究

宽尾墩与跌坎消力池联合消能使跌坎消力池内的水力参数更加复杂,研究消力池底板的脉动压强特性对宽尾墩体型设计具有参考作用.基于模型试验研究5种收缩比(a=0.38;0.44;0.50;0.56;0.62)Y型宽尾墩与跌坎消力池联合消能下消力池的脉动压强特性.试验结果表明:脉动压强峰峰值可以达到设计水头的1.03~1.36倍,收缩比的减小可以削减峰峰值,消除跌坎后的负压;消力池底板脉动压强均方根沿程呈现单峰与双峰型,最大脉动压强系数出现在跌坎之后,减小收缩比使消力池主要脉动消能区域增大前移,最大脉动压强系数降低;脉动压强概率密度基本符合正态分布,存在正偏与负偏现象,水流速度偏向底板为正,偏离时为负;消力池底板脉动压强主要由10 Hz以内的低频脉动组成,随着收缩比的减小,消力池前端的脉动能量增大,后端脉动能量减小.

弧形闸门突扩跌坎泄洪放空洞受损修复研究

弧形闸门突扩跌坎泄洪洞在运行过程中常出现各种原因的破坏,影响运行安全。通过1∶30的模型试验,分析了某电站泄洪放空洞无压段边墙多次冲蚀破坏的原因,提出了短平台+二次突扩的创新体型,供后续修复设计参考。

跌坎消力池尾坎坡度对泄洪消能影响的三维数值模拟

采用的k-ε双方程紊流数学模型与VOF法追踪自由水面,对中低水头胸墙闸坝式跌坎型消力池在三个尾坎坡度下的泄洪消能进行了三维数值模拟研究.模拟计算了正常和设计水位情况下三种局开运行工况的消力池水力特性,获得了消力池底板压力、流场分布、沿程水面线、紊动能及紊动能耗散率等水力参数的变化规律.数模计算结果显示,尾坎坡度对消力池的泄洪消能效果较为敏感.尾坎坡度变陡会明显提高消能效果,对来流无推移质的消力池可适当加大尾坎坡度,有助于提高消能率及适当缩短消力池长度,但尾坎坡度越大,出池水流向上壅水的趋势越明显,如果尾坎下游河道水位偏低,则出池水流可能形成较明显的二次跌落,对尾坎后河床造成一定的冲刷,因此消力池的尾坎坡度需要结合下游河道水位情况综合考虑,做到在提高消力池的消能率的同时,尽量避免出池水流较大的二次跌落,确保出池水流与下游河道水流平顺衔接.论文研究成果可供类似工程参考.

连续跌坎型底流消能工水力特性的影响因素研究

通过大量的试验,测量了消力池底板压强分布规律、池内流态和流速分布,着重分析了入池水流单位重量水体能量、入池角度和跌坎高度的变化对消力池底板冲击压力、临底流速、池内流态及消能率的影响。研究表明,连续跌坎型底流消能工的跌坎高度与入池角度之间存在一种最优组合,可既保证消力池中消能率高,又能满足临底流速和底板动水冲击压力小的要求。该研究成果可为工程设计提供一定的科学依据。

跌坎深度对底流水跃流态转换的影响

地形条件受限情况下,溢洪道可考虑在泄槽末端设置跌坎,通过增加射流沿程流速衰减来缩短消力池池长,也可以同时增大消力池突扩比,通过平面反向水流增加水体内部紊动进一步消减能量。基于已有射流扩散机理,研究无坎底流消能、跌扩式底流消能和矩形消力井井式消能的水流流态转换。成果表明:①强迫水跃淹没度为1.00~1.20时属于无坎底流消能,而跌扩式底流消能和井式消能则可用临界淹没度予以区分;②射流入水角度不变时,弗汝德数增大,相同跌坎深度下井式消能转化为跌扩式底流消能;弗汝德数不变时,入射角度增加,需要增加跌坎深度以保持井式消能。亦即,可以通过跌坎深度变化影响水流流态转化,并有效减小消能工在水流方向上的长度。

跌坎消力池上举力特性试验研究

基于某水电站溢洪道消力池底板的稳定性分析,对跌坎消力池底板的上举力特性进行了试验研究。结果表明:跌坎高度比对消力池底板上举力有显著影响,适当增加跌坎高度可以降低消力池底板块上举力。由水力条件建立了底板块单位面积最大上举力的估算公式,根据估算得到的最大上举力可以计算底板稳定所需的锚固力;底板的脉动压力和单位面积脉动上举力基本呈线性关系,在数值上单位面积脉动上举力约为脉动压力的53%;底板脉动上举力和最大上举力基本呈线性关系,在数值上单位面积脉动上举力约为最大上举力的24%。

跌坎型底流消力池的水力特性与优化研究

本文以向家坝高水头大单宽流量水电站为例,对旨在降低消力池临底水力学指标的跌坎型底流消力池进行了系列水工模型试验,研究了不同跌坎高度的消力池水力学特性。研究成果表明,连续跌坎的采用有利于降低消力池临底流速,其应用效果取决于跌坎高度,但跌坎的存在也改变了消力池内的水流流态,对底板脉动荷载与消力池的消能效率有较大影响。对有溢流表孔与中孔的泄水建筑物采用适度收缩泄水孔出口的布置方式,可以起到稳定消力池水流流态、增进消能效率的作用,同时有利于减轻泄洪雾化。

跌坎型底流消能工水力特性的试验研究

采用水力学试验方法,对跌坎型底流消能工的水流流态、时均动水压力分布以及临底流速进行了分析。并对影响消力池水力特性的跌坎深度和水流入池角度进行了研究。研究表明跌坎型底流消能工能有效解决高水头、大单宽流量消力池水力学指标过高的问题。

低Fr数流动跌坎掺气槽的水力及掺气特性

通过模型试验和理论分析， 研究了低Ｆｒ 数（ Ｆｒ＜ ７） 流动情况下空腔积水对跌坎掺气设施水力及掺气特性的影响． 建立了计算跌坎掺气设施水力及掺气特性的预测数学模型． 给出了射流出射角的修正式； 积水尺寸的计算式； 掺气设施实际运行工况（ 空腔长度、空腔负压、掺气量等） 的预估方法． 研究表明， 低Ｆｒ 数流动情况下， 由于重力作用显著， 积水对水力及掺气特性均有显著影响．

宽尾墩对跌坎底流消能影响的试验研究

针对跌坎底流消能在下游水位变幅较大的电站中的泄流消能问题,结合赛格电站进行了模型试验研究,从消力池的水流流态、临底流速以及底板时均冲击压力三方面详细地分析了宽尾墩对跌坎底流消能的影响。试验结果表明,宽尾墩改善了跌坎底流消力池内的水流流态,降低了消力池内的临底流速和时均压力,较好地解决了跌坎底流消能不能适应下游水位变幅较大这类工程的泄洪消能的缺陷。

跌坎消力池脉动压强试验

为了对跌坎消力池的水动力特性作更深入的研究,为跌坎消力池的设计防护提供参考,基于模型试验对跌坎消力池脉动压强的分布规律、幅值特性和频谱特性进行了系统研究。结果表明:水流条件是影响脉动压强的主要因素,跌坎消力池底板脉动压强系数沿程呈先增大后减小并逐渐趋于稳定的趋势;跌坎消力池底板中线和靠近边墙的脉动压强相当,脉动压强最大达到总水头的5.1%;跌坎消力池前端位于泄槽边墙延长线附近区域的脉动压强最大,最大达到总水头的11.5%;跌坎消力池前端中线的脉动压强比传统消力池有明显降低,最大降幅达55.2%。

跌坎型消能工附壁射流区域掺气特性试验

采用水力学试验的方法，测量了弗劳德数为3．08～5．42时，跌坎型底流消能工在不同流量、跌坎深度以及入射角度下，附壁射流区及其附近水域的掺气浓度值，通过对比分析，得到入池流量、跌坎深度以及入射角度对该区域掺气浓度沿程分布的影响规律。试验结果表明：在本试验条件下，当入射角度、跌坎深度一定时，该区域掺气浓度随入池流量的增大而增大；当流量一定、单一改变跌坎深度或单一改变入射角度时，该区域掺气浓度值无明显变化；无论入池流量、跌坎深度、入射角度改变与否，该区域临底掺气浓度均沿程呈现出先增大后减小的规律，而其他水深断面的掺气浓度则沿水流方向呈沿程衰减的规律。

跌坎消力池临底流速试验研究

基于模型试验结果,分析比较了跌坎消力池与传统消力池的临底流速分布以及最大临底流速分布特性.分析结果表明:跌坎消力池临底流速分布为谷峰型;在其他条件一定时,随着跌坎高度增加,消力池最大临底流速减小;随着入池能量的增大,射流能量增大,到达底板的最大临底流速也相应增大;仅改变跌坎消力池的入池角时,随着入池角的增大,跌坎消力池最大临底流速相应增大.研究结果可为跌坎消力池的设计提供参考和指导.

弧形闸门突扩跌坎式通气减蚀研究进展综述

偏心铰弧形闸门门座结构特殊 ,所处水流情况复杂 ,实际运行中大多数是成功的 ,但也有少数发生空蚀破坏。应找出发生空蚀破坏的原因 ,并提出改善措施 ,使工程应用建立在可靠的基础上。

三峡工程泄洪深孔跌坎掺气体型模型试验研究

通过比尺为 35和 2 0的两个模型 ,观测了流态、压力分布、通气量、掺气浓度分布等物理量 ,对三峡工程泄洪深孔跌坎掺气体型中的跌坎高度、明槽坡度、盖板形式和通气孔尺寸等进行了比较 ,提出了可行的深孔跌坎掺气体型。该体型已为设计采用。另外还对不同比尺模型中水流掺气的比尺效应进行了初步探讨。

小挑角跌坎加浅水垫消力池水力特性试验

为了解决大单宽、低弗劳德数、上下游水位变幅大、运行方式多变的闸坝工程中存在着消力池适应性差、运行方式不灵活的难题,以汉江旬阳水电站工程为例,通过多种消力池消能方案的水力特性对比试验,提出了小挑角跌坎加浅水垫消力池方案.该方案出闸水流经小挑角跌坎调整扩散后,各工况均能在消力池内形成淹没水跃,出池水流平稳、无跌落,与下游衔接自然,消能效果较好,闸门开启运行组合及开启方式灵活.

“陡坡＋跌坎”式消力池板块稳定特性试验研究

通过大比尺(1∶40)物理模型,对某大型水电工程溢洪道"陡坡+跌坎"式消力池这一新型消能工底板稳定性进行了试验研究,得到了水跃完全或部分发生在陡坡段时,消力池不同位置板块的脉动压力、板块上举力频幅特性的分布规律与特征.试验表明水跃跃首部位始终是板块最易失稳区域,当单宽流量达到一定值后,跌坎下一段区域也是失稳重点关注区.对试验结果深入分析后表明:水跃跃首区域上举力均方根大致为脉动压力均方根0.55倍,其它区域为0.2倍,水跃跃首区域最大上举力大致为4.2倍脉动压力均方根,其它区域为1.5倍.揭示了此消能工上举力与脉动压力点面转换指标、底板稳定控制指标与挑跌流消力池的一致性;而消力池平底段采用透水底板可有效降低板块上举力,减小响应趋势基本呈指数分布,并与开孔率呈正比关系.

跌坎式底流消能工的消能机理与水力计算

应用平面紊动射流理论,分析淹没射流在跌坎式底流消能工消力池中的运动规律以及跌坎式底流消能工降低临底流速的机理,得出射流扩散中心线上最大流速计算式。通过建立消力池内水流运动的动量方程,推导出跌坎式底流消能工的水力计算公式,通过试验验证,结果表明,公式是合理的,为跌坎式底流消能工的设计提供了依据。

跌坎型底流消能工研究综述

近年来,随着人们环境保护意识的不断增强,许多大型水电工程的泄洪消能倾向于采用泄洪雾化较低的底流消能方案。然而,经济和技术两方面的因素制约了底流消能在高水头、大流量水电站建设中的应用。针对底流消能应用于高水头、大流量泄洪工程时存在的问题,在总结已有研究成果的基础上,结合国内向家坝、官地和亭子口以及国外某些高坝工程泄洪消能实践,对跌坎底流消能工的研究进展进行了综合分析。可为类似工程的体型优化设计提供参考。