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。

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。

Energy dissipation of slot-type flip buckets

The energy dissipation is a key index in the evaluation of energy dissipation elements.In the present work,a flip bucket with a slot,called the slot-type flip bucket,is theoretically and experimentally investigated by the method of estimating the energy dissipation.The theoretical analysis shows that,in order to have the energy dissipation,it is necessary to determine the sequent flow depth h1 and the flow speed V1 at the corresponding position through the flow depth h2 after the hydraulic jump.The relative flow depth h2/ho is a function of the approach flow Froude numberFro,the relative slot widthb/Bo,and the relative slot angleθ/β.The expression for estimating the energy dissipation is developed,and the maximum error is not larger than 9.21%.

挑流鼻坎体型数值模拟优化研究

针对某水库溢洪道挑射水舌过于集中、消能率较低等问题,建立原连续式挑流鼻坎数学模型,通过FLUENT流体计算软件,采用VOF自由追踪液面、RNG k-ε湍流模型进行数值模拟计算,并通过物理模型试验进行验证;在验证通过的基础上,拟定双圆弧差动式挑流鼻坎优化体型。结果表明,优化体型可以分散水舌,避免水流落点过于集中,提高了消能率,可有效降低对下游河床的冲刷。

水布垭枢纽泄洪消能防冲试验研究

针对水布垭枢纽泄洪消能特点及可行性研究报告审查意见 ,对溢洪道泄洪消能方式、泄流能力、消能区防护方案及电站尾水两种出口形式等进行了水工模型试验研究 ,提出了与之相适应的新颖的窄缝消能工组合形式 ,较好地解决了该工程具有的大流量、窄河谷、高落差及下游地质环境差的泄洪消能防冲难题。

窄缝式消能工的水力特性及其体型研究

研究窄缝坎挑流的水流特性、消能要求及其体型参数的选择 .窄缝使水舌出流挑角增大 ,水舌纵向拉开 ,形成水流变形耗能 ,且加剧了水流紊动、水舌破碎而掺气的耗能 ,使消能效果增加 ,冲刷减少 .提供了不同收缩比与水舌出流挑角变化关系的试验成果及水舌纵向拉开值的估算公式 .

挑坎水舌运动轨迹控导措施研究

依托某工程泄洪洞出口消能工体型优化试验,对常规挑坎、平面扩散型和纵向扩散型消能工(窄缝挑坎)的挑坎水舌特性进行了对比研究,其中重点对窄缝挑坎消能工鼻坎体型对水舌运动轨迹、水舌形态、入水范围的控导作用进行了初步探讨。研究结果表明:通过侧墙非对称偏向、出口局部偏转等措施实现挑坎水舌运动方向的控导效果,适应下游河道边界特殊需要,较好地解决了工程消能难题,可为同类型工程提供参考,但鼻坎体型、尺寸等参数与水舌运动轨迹的定量关系仍有待进一步深入系统研究。

水布垭工程差动窄缝挑坎型溢洪道水力特性的试验研究

对水布垭水利枢纽工程高水头大流量泄洪条件下,带有弯曲引水渠和差动窄缝挑坎的溢洪道水力特性进行了模型试验研究。观测了引水渠和溢洪道内的水流流速分布和流动形态,分析和评价了斜型差动窄缝挑坎挑流特性,初析了消能效果。

高坝泄洪挑流消能工优化研究与应用

挑流消能工是高坝建设中应用最广的消能形式,不同工程应针对工程自身的特点进行优化研究与选择。选取长江科学院主要研究的3种不同坝型的已建工程泄水建筑物为代表,对隔河岩重力拱坝泄洪水流向心集中问题、水布垭面板堆石坝非对称狭窄河谷消能区冲刷和淤积问题,以及构皮滩双曲拱坝坝身泄洪功率最大的水垫塘消能防冲问题进行了论述。分别提出了"表孔宽尾墩非对称收缩+深孔下弯式窄缝非对称收缩+水垫塘"新型泄洪消能工布置形式、窄缝挑流阶梯式布置形式、表孔差动加分流齿与中孔不同挑角碰撞消能形式等研究成果。经工程原型泄洪考验,表明这些新型挑流消能工型式成功地解决了各工程的泄洪消能难题,也可供今后类似高坝挑流消能工程参考借鉴。

斜鼻坎挑流消能在黑石罗水库的应用

针对黑石罗水库现状连续式鼻坎消能效果较差,可能威胁河床及岸坡稳定的现状,通过水工模型试验,将挑流消能连续式鼻坎优化为斜鼻坎,即将鼻坎挑射角度由定值调整为渐次增大,同时偏转大角度挑射一侧反弧段边墙至泄槽轴线位置,去除小角度挑射一侧边墙及部分反弧段底板,迫使出坎水舌在平面上转向的同时沿竖向大幅拉开,在保证出射水流平顺归入河床的同时,增大挑射水流和空气的接触面积,最大限度消除水体能量,从而降低水股对落点的冲刷,达到保护河岸及相邻建筑物安全的目的。试验结果表明,斜鼻坎可以很好地适应狭窄地形条件,有效降低挑射水流对鼻坎下游的冲刷。研究成果为类似工程提供了参考。

隔河岩枢纽水力学原型观测及检查成果

2002年对隔河岩枢纽进行了水力学原型观测,内容包括流态、流速、脉动压力等,并取得了成果。1998年枢纽经历大洪水的考验,随后进行抽水检查,发现消力池底板有冲蚀磨损,1999年进行修复处理。2002年泄洪后检查未发现损坏现象。这说明联合消能工效果是显著的,工程质量还是好的,模型试验与原型观测成果基本一致。

水布垭枢纽泄洪消能试验研究

对水布垭水利枢纽泄洪消能布置进行了整体水工模型试验,研究分析溢洪道入口、消能区及坝址下游水流特性,观测了窄缝挑坎挑流特性、消能区的冲淤情况和防淘墙的脉动压力和频率,从而解决了水布垭工程泄洪消能问题。

高水头放空洞泄洪消能试验研究与运用

水布垭枢纽放空洞主要承担水布垭工程施工期后期导流及完建后大坝检修时放空水库的任务。它具有水头高、水位变幅大、流速大、运行时间长等特点,经过1∶58水工整体模型多种方案的比较研究,首次提出了一种新型的双曲双槽差动鼻坎消能工形式;经过2007年超高水位、长时间的泄洪运行检验,该消能工成功地解决了放空洞高水头、大变幅、大夹角、窄河谷且地质条件较差的消能防冲难题;同时,该型鼻坎消能工无任何蚀损。

亚碧罗水电站下泄消能设计与坝型的选择

亚碧罗水电站坝址处河道天然落差较大,河谷狭窄,且汛期流量大。通过水工模型试验对亚碧罗水电站面板堆石坝方案与碾压混凝土重力坝方案下游河道内的水流流态、流速分布、水面波动以及河道冲淤等相关水力特性进行量测及对比分析,从而得到具有窄河谷、高水头、大泄量特征的大型水电站在项目可研阶段泄洪建筑物布置与坝型选择之间的相互制约关系。结合工程实际情况和通过试验采用了扭鼻坎、窄缝式鼻坎、曲面贴角窄缝式鼻坎以及在溢洪道出口处设置分流墩等方式对挑射水舌形态进行优化。

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。

柴石滩高坝挑流消能工体型优化研究

柴石滩高坝水利枢纽是云南省在建的大型工程．本文概述了该工程在技术设计阶段对岸边溢洪道所作的１∶５０动床整体水工模型试验研究成果．结合柴石滩枢纽的工程条件，对泄水建筑物出口的两种挑流消能工—扭曲（贴角）斜挑坎和窄缝挑坎的体型提出了优化方案．

长塘双曲拱坝泄洪消能研究

长塘水电站大坝为碾压混凝土双曲拱坝,最大坝高88 m,采用3表孔+1中孔泄洪消能方式。本文介绍了泄洪消能布置方案的研究,泄水建筑物体型优化,以及3个溢流表孔采用锥形体鼻坎体型,解决长塘泄洪中出现的向心水流和消能防冲问题的研究成果。

双侧竖缝式鱼道水力特性三维数值模拟研究

鉴于双侧竖缝式鱼道消能效果好,能较好地适应水位的变化情况等优点,以新沟河江边枢纽的双侧竖缝式鱼道为例,采用三维紊流数值模拟方法研究了鱼道的正反双向两种运行工况,分析了鱼道的流态、流速及紊动能等水力特性。结果表明,双侧竖缝式鱼道水流流态较为稳定,且呈对称分布,流速和紊动能总体来说较小,基本满足过鱼对象的需求。另外,适当延长短隔板还能很好地减少鱼道竖缝最大断面平均流速,从而实现更好的过鱼效果。

戽流与挑流联合消能工在狭窄弯道河段水电工程中的应用

基于甘南某水电站工程实践,针对单纯挑流消能工在狭窄河段应用时,存在易冲刷两岸、冲坑深度大、消能不充分的问题,将该工程中间表孔的挑流消能方式调整为戽流,将两侧表孔、底孔挑流向河中间集中,根据调整后模型试验成果,由于采用了分散消能形式,有效降低了冲坑深度,消能效果良好,这种戽流与挑流联合消能形式,为狭窄弯道段水电工程消能设计提供了新思路。

云南大丫口水电站水工模型试验研究

通过水工模型试验对云南大丫口水电站的设计方案及3个修改方案进行比较,最终给出了高坝的消能布置及小频率洪水调度区别,以保证建筑物的安全稳定运行。