多层水股射流在水垫塘内的流动特征与动水垫效应分析

多层水股在水垫塘内的流动特征及其各水股间的干扰、碰撞和动水垫效应等对探明水垫塘的消能机理和体型优化设计具有重要的意义．本文利用激光片光源和荧光染色液技术，对静水和动水垫中的射流进行了流场显示试验，并通过射流在动水中的流动特征和淹没冲击射流理论，分析了多层水股在水垫塘内的流动机理和动水垫效应。

水垫塘的水流特征和消能规律研究

结合乌江构皮滩水利枢纽工程消能问题研究 ,用热膜流速仪在比尺为 1∶380的精细模型上量测了拱坝挑跌流在水垫塘内的流速场 ,并由试验成果分析了淹没射流在水垫塘内的消能过程 ,计算了消能率。研究表明 ,要想提高水垫塘的消能效率 。

水垫塘多层淹没射流数值模拟及消能研究

本文对纵向多层淹没射流水垫塘流态进行了数值模拟，将能量方程耦合于ＳＩＭＰＬＥ算法中使计算结果与实测值更为接近．文中分析、比较了单层和多层射流入塘后的水流结构及消能机理．研究表明，由于多层射流的能量耗散加快且分布均匀化和“动水垫”效应，使其在充分发挥水垫消能作用，提高消能率和降低塘底动水荷载及冲剧等方面明显优于单层射流．

水垫塘淹没射流的数值模拟

本文分析了水垫塘内的淹没射流因受固体边界的约束,其流动特性不同于淹没自由射流,而具有各向异性的特点,论述了应用数值模拟的方法研究该问题的重要意义。应用紊流代数应力模型计算了简单边界条件下淹没碰壁射流的扩散规律及紊动特性,对计算结果与试验实测资料作了比较。

高坝下游水垫塘冲击射流数模计算研究

结合乌江构皮滩水利枢纽工程 ,以二维大涡模拟方法研究水垫塘内的冲击射流流速场及压力场 ,并与试验研究成果进行比较分析 ,结果发现计算值与试验值基本吻合。

多层水股射流在水垫塘内流场特性的数值模拟

研究表孔采用上翘或下跌式、深孔采用下弯式布置所形成的表深孔上下差动出流,水股分层分散射流在水垫塘内的流动特征和各水股射流之间的干扰碰撞特性。选用非定常不可压缩流动的N-S方程和RNGk-ε紊流模型,采用VOF(Volume of Fluid)法,结合溪洛渡双曲拱坝水垫塘,对不同间距的多层二元射流进入消力池后的水流结构进行了数值模拟。分析不同水股间距对水垫塘底板的冲击压力的影响以及与流场、速度场的关系。

激光片光源技术在水垫塘流场显示中的应用

文中研制了一套以激光作片光源的流场显示装置，并对单股和双股射流水垫塘流场进行了可视化研究．流场显示表明：双股射流的水垫塘流动结构可划分为六个区域，比通常的单股射流塘内水流结构增加了股间混掺区和“动水垫”影响区两个流区．分析讨论指出，双股射流入塘后水舌扩散加快和产生动水垫效应是其流态优于单股射流的两个显著特征．

峡谷区高拱坝射流入射水垫塘冲击压力特性的试验研究

表深孔下泄水流的横向收缩及垂向和纵向扩散效果显著,射流在空中相互交错、基本不发生碰撞;射流纵向拉伸明显,水垫塘强紊动剪切区增大,有效减轻了水垫塘底板冲击动压。同时,对4种不同流量比的表深孔射流进行研究表明,随着上下游射流流量比的逐渐增大,在不同的下游水位下底孔射流产生的最大冲击压力均相应减小。

不对等射流空中碰撞扩散消能研究

本文在总结挑流碰撞消能已有研究成果的基础上，提出射流空中碰撞消能的主要作用在于分散水流，用小股射流碰撞大股主射流，可以使主射流充分分散，达到消能目的。通过模型试验，分析了不对等射流的水力特性，研究了满足消能需要的最小流量比，从而提出了不对等射流空中碰撞消能的新思路，并为创造这一新的消能方式打下了初步基础。

高坝挑流掺气水舌对水垫塘动水压强的缩尺影响

应用动量积分法 ,导出掺气水舌的一维扩散方程 ,用龙格库塔法求解 ,得到掺气水舌在水垫塘中扩散的流速分布 ,表明增大水舌掺气量会使水舌在水垫塘中的扩散流速衰减加快 ;分析得到掺气对水垫塘底板动水压强的缩尺影响的估算公式。对前苏联拉得任水垫塘原型观测资料进行验证计算 ,并对小湾工程、溪落渡水垫塘掺气缩尺影响进行了估算。研究表明比尺为 10 0～ 15 0的重力相似模型中 ,水垫塘底板动水压强缩尺为 λΔp =1 3- (λ) 2 。

水垫塘动水冲击压力测压管灵敏性分析

随着一批高水头、大流量高拱坝的建设,水垫塘合理布置便成为工程设计中的一项重大技术问题,而动水冲击压力是水垫塘的一个重要指标。测压管法是目前水工模型试验中常用的较经济的方法。为了评价测压管测量水垫塘动水冲击压力的灵敏性,采用三维紊流数值模拟方法,对不同的测压孔内径和测压管内径比值下的水垫塘动水冲击压力测量敏感性进行分析,并用模型试验进行验证。研究结果表明:测压孔内径和测压管内径的比值对动水冲击压力测量有较大的影响,区别于常规水工模型试验要求(测压孔内径应小于2 mm,测压管内径宜大于6 mm);建议测压孔内径和测压管内径的比应大于0.7且测压管内径宜大于6 mm,并对冲击核心区域用脉动压力传感器法结合测量。

径向钻井倾斜井底高压水射流流场分析

为了对径向钻井倾斜井底高压水射流的流场进行研究,建立了三维单喷嘴水射流井底模型,采用Fluent软件对模型的流场结构进行了数值模拟分析。分析结果表明,径向钻井高压水射流喷嘴外部流场中存在"负压效应"和"水垫现象",负压的存在有利于射流从喷嘴内部流出,水垫会对喷头的推进产生阻碍作用;当径向钻井临时井底倾斜角度为0°时,射流到达井底后沿井底壁面中心向外对称流动,但随着井底墙壁倾斜角度的增大,由于倾斜井底的引流作用,大部分流体会沿着井底倾斜的方向流动,并且沿倾斜方向的流速较大;径向钻井中,如果井底是倾斜的,则沿着井底倾斜方向的压力比井底另一侧高。

拱坝水垫塘内水舌合理间距的分析计算

首次提出了上、下水垫深度的概念．以射流理论为基础推导了上、下水垫深度与双股入水水舌的水力要素之间的关系，指出了这两个水垫深度可用来划分拱坝水垫塘底板上最大动水压力区（“１＋１＝１”、“１＋１＞１”和“１＋１＜１”区）．结合小湾电站水垫塘的实验成果，给出了可用来迅速求解上、下水垫深度的图表．分析结果表明，当小湾电站水垫塘内水深为３７．８７ｍ时，中孔水舌入水的较优间距为１３．３～４０．５ｍ，与实验所得的１３～１７．

深水垫情况下水垫塘淹没射流特征分析

本文基于自由射流扩散规律的研究成果,在对常规水垫塘内水流流态进行分析研究的基础上,结合模型试验成果对深水垫情况下水垫塘内水流流态进行了分析,对淹没射流特征进行了研究。研究结果认为,深水垫情况下的水垫塘内水流流态的规律性比较明显,淹没冲击射流流态与淹没水跃流态平顺衔接过渡,总体上可认为是一种射流流态,符合射流的线性扩散规律。

高压水射流计算机模拟可视化初探

在分析射流参数解析解的基础上，结合前人提出的有关经验公式，利用可视化软件工具和可视化图形工具，对高压水射流的射流结构和射流参数进行可视化模拟。阐明了模拟可视化的必要性和可行性，提出了可视化模拟在高压水射流技术研究上的几个可能的发展方向。

岸边并联泄洪洞下游河道冲坑预测

挑流水舌对下游河道的冲刷关系到工程安全。根据动量方程推导了射流在下游水垫中的扩散规律,分析了下游水垫流速对射流扩散的影响,提出了动水垫下射流的临底流速计算方法。研究结果表明:动水流速增加了射流在水中的扩散距离,促进了射流扩散及射流流速衰减,降低了射流临底流速。将研究结果应用于白鹤滩岸边泄洪洞下游河道的冲坑深度预测。模型试验结果表明:在鼻坎水流参数相同的情况下,河道中水流为动水时的冲坑深度较静水时冲坑深度减小约10%,且位于河道下游侧的挑流水舌形成的冲坑深度小于上游侧挑流水舌形成的冲坑深度。与常规预测公式相比,该方法能准确预测不同位置挑流水舌的冲坑深度,研究结果可为泄洪设施下游河道消能防冲设计提供依据。

高水头大流量泄洪消能研究 “八五”国家科技攻关专题简介

本文扼要地介绍了国家“八五”科技攻关“高水头大流量泄洪消能研究”专题所取得的主要成果．根据小湾在可行性研究阶段所面临的一系列水力学问题，重点研究了泄洪消能布置及泄水建筑物体形优化，下游平衡冲深，水垫塘水力特性及体型优化，坝身泄洪引起的坝身振动，５０ｍ／ｓ级高速水流空化空蚀及减蚀措施，泄洪雾化影响及防护措施等方面的问题．并结合漫湾电站泄洪进行水力学方面的原型观测，为高坝建设积累经验．经过几年来的艰苦努力，取得了一系列突破性的科研成果，圆满地完成了攻关任务，其中大部分攻关成果巳为小湾设计采用．专题经专家鉴定为整体达国际先进水平，并有部分成果为国际领先水平．

挑跌流消能防护形式中的水垫塘体型优化探索

目前高坝建设中普遍采用的水垫塘形式为平底水垫塘和反拱水垫塘两种。根据对水垫塘内特殊流态及冲刷机理的研究,从高速淹没射流在水垫塘水体中扩散规律,冲击射流压强随射流流程的变化规律等一系列水力要素方面出发,结合冲刷实验的一系列成果,对水垫塘体型曲面进行优化。分别从水垫塘的横向剖面和纵向剖面的具体情况分析并作出相应的变化,在反拱水垫塘的基础上改进成在纵向剖面也曲线变化的双曲反拱,使水动力要素和水垫塘结构动力要素处于一种和谐状态,保障水垫塘的安全运行。

多股挑、跌流水舌作用下基岩冲刷平衡深度

分析了多股挑、跌流水舌在水垫中扩散的水力特点 ,提出多股水舌在完全混合扩散区能量汇聚 ;以卡里巴、塔贝拉等工程原型冲坑资料为准 ,引入基岩抗冲水深 ,提出多股挑、跌流水舌作用下冲坑水深的估算方法 ;用小湾表、中孔多股挑、跌流作用下的试验值进行比较 ,表明预报公式可行。

高拱坝挑流水舌在水垫中的扩散流速和动水压强

为研究高拱坝下游水垫塘底板的稳定性 ,应用二元紊动射流理论 ,论证了水垫中最大紊流切应力和脉动压强点向上、下游偏离 ,并给出了计算偏离的公式 ;利用安芸周一、二滩和小湾水垫塘试验资料 ,建立了适用于浅、深水垫的二元水舌扩散流速公式、脉动压强均方根和紊流切应力的关系 ;利用三元紊动射流试验资料 ,引入水舌宽厚比 。