跌扩型底流消能工压力分布特性的试验研究

通过水力学模型试验着重分析了突扩比、跌坎深度和入池水流弗劳德数Fr0对消力池底板冲击区动水压力的影响。研究结果表明,在跌扩型底流消能工中,选择合适的突扩比、跌坎深度和入池水流弗劳德数Fr0,能有效降低消力池内底板和边墙的水力学指标。他们在一定的最优组合下,可既保证消力池中消能率高,又能满足消力池底板和边墙处动水冲击压力小的要求,避免造成底板板块的失稳破坏。

跌扩型底流消能漩涡特性的初步研究

多股跌扩型底流消能是一种新型消能方式,消力池内紊流特性复杂.基于RNGκ-ε紊流模型和VOF自由表面追踪法,采用非均匀结构网格技术,建立了三维素流数学模型,对高低坎多股跌扩型底流消能工进行高精度数值计算.讨论了不同消能方案下游消力池内漩涡分布及变化特性,指出：跌扩型底流消能,水流紊动剧烈,各种漩涡结构交织,下游消力池底板、边墙及跌坎附近随机形成了强度和尺度各异的立轴和横轴漩涡,但漩涡具有一定的游移性和间歇性;消力池底板X=0＋0.0～0＋40.0范围为立轴漩涡高发区;边墙处漩涡主要分布在高程Z=4.0～16.0m范围.

跌扩型底流消能水力特性的数值模拟研究

多股跌扩型底流消能是一种新型消能方式,消力池内紊流特性复杂。本文对多股跌扩型底流消能工建立了三维紊流数学模型,采用非均匀结构网格技术对模型进行网格划分,利用RNGk-ε紊流模型和VOF自由表面追踪法对其进行高精度数值计算,得到了消力池内水流的水力特性:当表孔和中孔联合泄流时,消力池后段的临底流速较低,流速梯度改变较大,消力池底板及跌坎附近形成了强度和尺度各异的游离性和间歇性漩涡,紊动能消逝迅速。由此可见,此种消能工的消能效果显著,能有效解决高水头、大单宽流量消力池水力学指标过高的水力问题。

跌扩型底流消能工水力特性的试验研究

通过水力学模型试验,对跌扩型底流消能工的水流流态、时均动水压力分布、临底流速及近壁流速进行了分析,研究结果表明,在跌扩型底流消能工中,选择合适的突扩比,能有效降低消力池内底板和边墙的水力学指标;且通过建立消力池内水流运动的动量方程,推导出跌扩型底流消能工突扩比的计算公式,并得到试验验证,为跌扩型底流消能工的体型设计提供了依据。

跌扩型底流消能工突扩比对边墙水力学指标影响的试验研究

在模型试验成果的基础上,分析了跌扩型底流消能工水流流态,并就突扩比对消力池内流态、底板时均动水压力分布、临底流速、近墙流速的影响进行了研究。结果表明,突扩的存在能有效降低消力池边墙水力学指标。该成果可为工程设计提供一定的科学依据。

跌扩型底流消能工坎后立轴漩涡水力特性分析

跌扩型底流消能工坎后立轴漩涡直接影响消力池内的水力学指标。采用水力学试验方法,对跌扩型底流消能工坎后立轴漩涡水力特性进行初步研究。详细分析了立轴漩涡的运动形式以及运动区域的变化,并对漩涡与底板和边墙切点处流速的变化、漩涡区相对于消力池整体压力的变化情况进行了研究。经试验知,立轴漩涡对消力池内水力学指标影响较大。

跌扩型底流消能工特征流速影响因素试验研究

通过水力学模型试验,着重分析了跌坎深度、突扩比和弗劳德数对跌扩型底流消能工的最大临底流速和最大临边墙流速的影响。结果表明:在跌扩型底流消能工中,选择合适的跌坎深度、突扩比和入池水流弗劳德数能有效降低消力池内最大临底流速和最大临边墙流速,在一定的最优组合下,可满足消力池底板和边墙处最大流速较小的要求,避免底板和边墙的冲磨破坏和空蚀破坏。

跌扩型底流消能工共轭水深计算研究

高坝下游泄洪消能形式的选择和设计是国内外峡谷区高坝建设的关键技术难题。跌扩型底流消能工是一种新型消能工。在全面考虑突跌和突扩的影响下,首次提出了跌扩型水跃共轭水深的理论关系式,得出了多股多层跌扩型淹没射流共轭水深计算关系式,具有十分重要的理论指导意义。

跌扩型底流消能涡体运动数值模拟研究

文中基于跌扩型消力池两侧立轴漩涡发展情况较为复杂的问题,采用RNGK-ε紊流数学模型,对不同突扩比、进口流速时立轴漩涡的运动轨迹进行模拟。分析了不同进流条件对立轴漩涡中心点位置的影响,以及不同突扩比对消能率和流速衰减率的影响情况,建立了相应的关系曲线。结果表明,立轴漩涡可提高消力池的消能效果;随着突扩比的增加,立轴漩涡中心点在平面两个方向上均逐渐偏离消力池进口,进口流速的增加仅引起水流方向上的偏离。

基于BP神经网络的跌扩型消力池设计应用

增大跌扩型底流消力池的突扩宽度和跌坎深度,可以有效降低消力池内临底流速和改善出池水流流态,一定程度上减小消力池长度。基于试验研究结果,应用BP神经网络理论,以突扩宽度、跌坎深度及测点距离作为模型输入参数,临底流速作为输出参数,建立BP神经网络预测模型。结果表明,所预测的临底流速模型参数试验值与预测值之间的平均相对误差<10%,决定系数R2达到0.9776,亦即基于智能算法的预测模型能够对水工模型试验研究形成很好补充。在此基础上,进一步给出了突扩宽度、跌坎深度变化和不同跌扩组合变化对消力池池长的影响。相对而言,增加突扩宽度对消力池长度减小的影响小于增加跌坎深度;同时增加突扩宽度和跌坎深度,能够更有效地降低消力池所需要的长度。

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。

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。

跌扩型底流消能工消能的试验研究

采用水力学试验方法,对跌扩型底流消能工的消能及其机理进行了初步分析和试验研究,详细分析了跌扩型底流消能工消力池内水流流态与水流结构,由此论述了该消能工的消能机理,又在试验成果的基础上从消减临底和临墙流速方面分析了跌扩型底流消能工的消能作用。研究成果表明,跌扩型底流消能工,由于跌坎和突扩的存在,大大减小了临底和临墙流速,提高了消能效果。

泄洪洞弧形闸门突扩突跌出口段三维流动的数值模拟

采用双方程紊流数学模型和自由面VOF方法,对有压泄洪洞弧形闸门突跌突扩出口段三维流动进行数值模拟,获得了空腔形态、侧墙水翅、压力分布等水力学要素,探讨了空腔冲击点涡旋对气流的吸卷作用,并研究了空腔的回水特性.计算与模型实验数据符合良好,表明数学模型对有压泄洪洞弧形闸门突跌突扩出口段复杂流场有较好的预测能力.

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。

突扩跌坎型门座的水力学问题研究

随着高坝建设的发展 ,为解决泄水孔闸门止水问题 ,开始推广使用偏心铰弧门和侧伸缩式水封方案。这类闸门止水方案都要求门座侧向突扩、底部突跌 ,从而将闸门止水与掺气设施有机结合起来。大部分已建工程运行正常 ,但也有少数工程发生了破坏。通过原型调查及数模和物模试验 ,揭示了突扩跌坎型门座的水力特性 ,尤其是空化与掺气特性及影响因素 ,分析了已建工程中类似结构发生破坏的主要原因 ,提出了该类工程设计优化的有效途径。

突跌突扩掺气坎水力特性的三维数值模拟

采取VOF方法和RNG紊流模型对某工程泄洪底孔突跌突扩掺气坎的三维水流进行数值模拟研究,得到了水面线、流速、压力沿程分布、水流空化数和掺气空腔特性等水力学要素,并将部分计算结果与模型试验结果进行了对比,两者符合较好,表明采用数值模拟的方法来研究泄洪底孔突跌突扩掺气坎的复杂流场是可行的,但数值模拟方法还不能有效地预测掺气空腔的回水特性。

泄洪洞突扩突跌段空化特性的试验研究

结合九甸峡水利枢纽泄洪洞工程,在常压模型试验的基础上,通过减压模型实验,探讨了光滑壁面及存在多种尺度凸体时,弧形闸门突扩突跌段侧墙在各级水位及各种相似真空度下的空化特性。实验结果表明,侧墙压力分布特性类似于易于发生空化的反弧段,在清水区内空化特性对不平整度比较敏感,而掺气区域对空化噪声有很好的屏蔽作用。

突扩跌坎掺气设施深化研究

高速水流下的空化空蚀和高水头下的闸门止水问题是高水头泄水建筑物运行所遇到的2大问题。为深入研究突扩跌坎掺气设施,进一步了解其水力特性和空化特性,以某水利枢纽孔板泄洪洞中闸室通气系统和突扩跌坎掺气设施为具体研究对象,通过建立比尺1∶20的局部水工模型,分析研究了通气孔风速、流态、压力、掺气浓度等水力特征参数,并将试验结果与原型观测结果进行了对比。结果表明:该工程布置的掺气效果良好,试验所得通气管内风速随闸门开度变化的趋势、水流掺气浓度、压力及其脉动在数值上与原型观测结果均一致,说明工程原型观测与模型试验对比验证是成功的。理论研究和实际运用均表明,结合闸门止水和掺气减蚀要求的突扩跌坎布置,是符合实际需求且安全可行的,同时也是解决高水头条件下闸门止水和掺气减蚀的有效措施,具有广泛的推广应用价值。

冲沙底孔突跌与突扩+突跌体形掺气效果对比试验研究

通过水工模型试验研究,对阿海工程左泄洪冲沙底孔采用跌坎式掺气,从流态、底、侧空腔长度、掺气浓度、压强等方面,比较了突扩、明槽坡度等因素对掺气效果的影响。试验结果表明,采用突扩+突跌式通气减蚀与突跌情况下相比,掺气效果更加明显;随着明槽底坡坡度的增大,掺气底、侧空腔长度、掺气浓度值亦随之增大;采用突扩+突跌式掺气以及适当的明槽底坡,可以有效的增加掺气效果,从而减小发生空化、空蚀破坏的可能性。