X型宽尾墩阶梯掺气空腔影响因素分析

X型宽尾墩+阶梯联合消能工已被应用于实际工程。当第一级阶梯高于其它阶梯时,水舌底部与阶梯之间存在气腔,从而水流底部实现掺气,在单宽流量超过30 m3/(s.m)时阶梯可避免空蚀危害。研究了气腔尺度与堰上水头、堰顶至宽尾墩出口高程差、挑坎高度、堰面末端坡度、阶梯坡度之间的关系,并导出气腔长度的计算公式,计算结果与模拟及试验数据比较吻合。研究结果表明,除了水力要素外,阶梯坡度、堰面末端坡度与挑坎高度是气腔形成的关键原因,也是影响气腔大小的主要因素。

X型宽尾墩与阶梯溢流坝联合消能的三维流场数值模拟

宽尾墩与阶梯溢流坝联合消能是一种新型坝面泄流形式的消能工。由于宽尾墩和阶梯的共同作用,其水流表现为很强的三维特性,水气二相混掺剧烈,目前对其流场的三维数值模拟还未见报道,本文采用双方程紊流模型对X型宽尾墩-阶梯溢流坝联合消能的三维流场进行了全场数值模拟,给出了压力特性、流速分布、阶梯及宽尾墩墩后水气两相流的部分特性,计算结果与模型试验数据对比,两者吻合良好,计算发现,在第一级阶梯脱体处存在负压,随后在试验中得到了验证。研究结果表明,采用X型宽尾墩-阶梯溢流坝联合消能,阶梯坝面上能形成明显的纵、横向旋滚,提高了消能效果。

X型宽尾墩体型设计方法探索

【目的】探索X型宽尾墩消能技术中X型宽尾墩体型设计及其与堰面的关系。【方法】在参考传统宽尾墩体型设计方法的基础上,利用水工水力学工程模型试验研究方法,结合已建索风营水电站及在建思林、大朝山等工程经验,对X型宽尾墩体型设计中顶扩面、收缩面、底流面及其与堰面间的位置关系等进行了系统分析研究。【结果】分析了X型宽尾墩的体型及水流特点,提出其在堰面的相对位置及布置原则;X型宽尾墩体型的设计应根据其消能技术的特殊要求,综合考虑顶扩面、收缩面及底流面与堰面的关系予以分析和确定。【结论】随着X型宽尾墩相关研究的深入,其应用潜力必将在水工消能流域得到更大发挥。

X型宽尾墩的动水荷载特性及体型优选研究

通过模型试验,研究了X型宽尾墩作用下短消力池内的动水荷载特性,分析了底部开口高度对溢流坝面以及消力池的影响,并对宽尾墩底部开度进行了优选,结果认为宽尾墩底缘开口1.5 m为最佳方案。试验结果对工程设计具有一定参考价值。

X型宽尾墩消力池底板冲击压强规律研究

为了得到X型宽尾墩消力池底板的冲击压强的直接计算公式,分析了对冲击压强影响较大的几个因素,利用量纲分析对模型试验的大量数据进行了拟合,总结出一个能较好地反映冲击压强规律的经验公式。误差分析表明滚弄、鲁地拉、索风营、沙陀的冲击压强最大相对误差不超过16.3%,能较好地反映X型宽尾墩消力池内复杂水流的冲击压强。实例验证显示,阿海工程X型宽尾墩最大冲击压强计算值与实测值误差<-15.8%。

阿海水电站表孔X型宽尾墩消能技术初拟体型试验研究

根据已有工程经验,初拟了阿海工程表孔X型宽尾墩+台阶面+消力池的泄洪建筑物消能布置形式,通过水力学模型试验研究发现,宽尾墩对泄流能力影响很小,泄流量不但满足设计要求,而且还有小幅度的超泄能力。宽尾墩水舌分流合理,也能适应不同泄洪流量与消能要求。堰面及消力池底板压强分布基本满足工程结构要求。下游河道冲淤变化量很小,个别工况无任何冲淤现象发生。

X型和Y型宽尾墩水力特性对比研究

为了探求X型宽尾墩与常规Y型宽尾墩水力特性的差别,采用RNGk-ε双方程紊流模型对两种型式的宽尾墩的三维流场特性进行数值计算,模拟结果与试验数据吻合良好,说明模型选用及网格划分合理。比较分析两种墩型水流流动特征、宽尾墩体和下游溢流坝面的压力分布以及闸室出口流速分布发现X型宽尾墩不但具有常规Y型宽尾墩分散水流、增加掺气量和提高消能效率等优点,而且在小流量时可增大泄流能力,特别是在与台阶式坝面联合运行时,还可改善坝面压力分布;其缺点是X型宽尾墩出口处局部出现负压,设计时应给予注意。

X、Y型宽尾墩水力特性研究

基于重力坝表孔泄洪的水工模型试验,研究了X型宽尾墩和Y型宽尾墩的泄洪流态、底表层流速、压力以及消能率。在不同泄流量以及闸门开度和下游水深的条件下,对不同体型宽尾墩的水力特性进行比较分析。试验结果表明:X型宽尾墩的最大临底流速比Y型宽尾墩小6.9%,X型宽尾墩的最大表层流速比Y型宽尾墩大8.12%,X型宽尾墩的消力池底板最大压力比Y型宽尾墩大43%,Y型宽尾墩的消能效果稍好于X型宽尾墩。

X型与Y型宽尾墩流道内水流特性研究

宽尾墩改变了流道内水力参数分布,采用RNG k-ε双方程紊流模型,定量分析了沿程水位与流速的变化。结果表明,X型宽尾墩边墙水面壅高程度在闸室段前75%范围内,约从0增大至0.2,后25%区域内增幅较大。Y型壅高程度略高于X型,两者的差别在闸室段后25%范围内呈现增加趋势。宽尾墩使得闸室段中部速度梯度减小,且Y型墩对速度梯度的影响较X型更为强烈。受逐渐扩宽的墩体尾部影响,闸室出口速度方向和大小发生改变,速度沿水深的分布极为不均,特别是水流抛射方向的显著变化与水平方向速度分量的大幅提高(与平尾墩相比)。文中提出的水面壅高程度可为工程中闸门铰链支座的布置提供参考,闸室出口速度定量分析有助于深入理解宽尾墩抛射水流在空中纵向与竖向扩散的成因。

“X”型宽尾墩在鲁地拉水电站中的应用

鲁地拉水电站采用五表孔集中布置、两底孔分列两侧的孔口布置方案,表孔采用"X"型宽尾墩+台阶堰面+戽式消力池的联合消能方式,是目前中国采用这种联合消能型式的工程中坝高最大的水电站;底孔采用长泄道挑流消能方式。通过模型试验验证,鲁地拉泄洪建筑物的布置型式较好地适应了坝址的地形地质条件,能够满足泄洪消能要求,消能效果良好。

X型宽尾墩＋台阶坝面联合消能工体型设计

X型宽尾墩＋台阶坝面联合消能工是一种新型消能工，提出X型宽尾墩＋台阶坝面联合消能工适用条件及体型参数确定，为今后类似工程提供设计依据。

“X”型宽尾墩在底流消能中的应用

针对低Fr底流消力池消能率低的问题,提出进口“X”型宽尾墩＋底流消能的消能模式,即在消力池进口设置“X”型宽尾墩,以达到分散水流、增加消能率的目的。通过试验,观测该型消能方式的水流形态、水深沿程分布、时均及脉动压强等水力学参数。结果表明：水流形成了底流＋纵向拉伸水流＋挑射水流的入池方式,水流分散入池,充分利用了消能水体;水跃长度为跃后水深与跃前水深差的6.8~13.3倍;消力池底板时均压强变化平稳,脉动压强均方根为进口流速水体的0.03~0.18倍;与传统底流消力池相比,消能率提高了2~3倍。对于低Fr底流消能,进口“X”型宽尾墩＋底流消能是一种值得推荐的消能方式。

宽尾墩与台阶坝面联合消能工的试验探索

通过对宽尾墩与台阶坝面联合消能工的机理分析,借助工程水力学模型试验,提出一种新型宽尾墩———X型宽尾墩。这种宽尾墩能适应大小流量的变化,具有良好的消能效果,消能率达60%～70%,比常规宽尾墩消能率高5%～10%;产生的射流对消力池底板的最大冲击压力,比常规宽尾墩小30%。因此,X型宽尾墩具有广阔的应用前景。

宽尾墩后局部边墙对掺气效果的影响

为解决X型宽尾墩后台阶面的掺气问题,提出了在宽尾墩后设置局部边墙这一新的掺气设施,采用模型试验对比研究了有无局部边墙情况下阶梯面的流态、压强等特性。结果表明:无局部边墙时,水流出宽尾墩后在阶梯面向两侧扩散,封堵了掺气通道,极易发生空蚀破坏;设置局部边墙后,水流出宽尾墩后由于受到边墙的约束,能形成稳定的掺气空腔,可有效减免台阶面的空蚀破坏,且结构简单,易于设计施工。该掺气设施对类似工程具有借鉴作用。

同心桥水电站整体水工模型试验中的宽尾墩优化设计

宽尾墩作为一种新型的消能工,广泛应用于现代水利工程的消能设计中,宽尾墩几何参数的优化设计是水工模型试验中的重要试验内容。经过分析同心桥水电站宽尾墩在试验过程中的各种问题,优化了该水电站宽尾墩的几何参数,满足了过流能力,使下泄水流与下游的消力戽平稳衔接,对下游泄水建筑物形成了很好的保护。模型试验的结果表明,通过优化其起折点,尾端折角,调整1<h2∶h1<1.5的区间比值等方法很好地解决了宽尾墩优化设计中带来的水力学问题。

宽尾墩联合消能原理和类型综述

宽尾墩是我国首创的消能防冲工具,它的提出对于大流量泄洪冲刷等问题有了很好的解决。近几年,对于宽尾墩的研究越来越深入,宽尾墩的墩型也由最初的普通墩型演变到现在X型、Y型等等。本文梳理了宽尾墩消能的机理和水力特性,不同墩型宽尾墩的水里特征以及宽尾墩联合消能的原理及研究进展,指出了宽尾墩目前发展中存在的问题并对解决这个问题提出了建议。

阿海水电站枢纽布置设计综述

阿海水电站工程枢纽由碾压混凝土重力坝、左岸溢流表孔、左岸泄洪冲沙底孔、右岸冲沙底孔、坝后主副厂房等组成,枢纽布置合理紧凑。碾压混凝土坝置于横向谷、砂岩与板岩互层状坝基岩体,横向谷互层基岩状对坝基防渗、坝肩边坡稳定有利。X型宽尾墩+跌坎+消力池的消能方式,能减小冲击和脉动,提高消能效率。

洛古水电站泄洪消能建筑物设计

洛古水电站采用3表孔集中布置、2底孔分列两侧的孔口布置方案,表孔采用"X"型宽尾墩+WES曲线+台阶堰面+消力池的消能方式,底孔采用坝内有压式流道+反弧+消力池的消能方式,表底孔共用1个消力池。通过模型试验验证,洛古水电站泄洪消能建筑物的布置型式很好地适应了坝址的地形地质条件,能够满足泄洪消能要求,消能效果良好。

乌江思林水电站泄洪消能建筑物设计

思林水电站溢流表孔堰上水头与单宽泄量两项指标远远超过已建同类工程，而且最大泄洪总水头在百米左右。通过分析比较和模型试验论证，表孔采用X型宽尾墩＋台阶坝面＋戽式消力池联合消能的消能工，适应大流量低佛氏系数泄流消能的特点，利用宽尾墩三元漩滚水跃消能特性，提高了消力池的消能率，缩短了池长，节省了工程量。

索风营水电站泄洪消能工设计研究

索风营水电站河谷狭窄，单宽流量大，泄洪消能布置较困难，通过各种消能型式比较及水工模型试验验证，采用新型结构形式——“X”型宽尾墩＋台阶坝面＋消力池的综合消能形式，水流流态和泄量均满足设计要求。通过调研、设计、施工和模型试验论述了这一新型消能工的优越性，为今后类似工程提供科学依据。