严寒地区拱坝溢流表孔三维有限元数值模拟分析

溢流表孔作为拱坝重要的泄水建筑物,对大坝安全运行具有重要的作用。以某拱坝溢流表孔为例,该表孔地处高纬度严寒地区、结构复杂且地震烈度高,通过三维有限元法对表孔在不同工况下的静、动力应力进行计算分析,根据计算结果,对表孔结构进行配筋设计,确定受拉钢筋的布置方式及配筋量,使表孔结构钢筋布置满足承载力及正常使用要求。研究结果可为类似工程配筋设计提供参考依据。

虹吸式屋面雨水排水系统有关技术问题探讨

对CECS标准《虹吸式屋面雨水排水技术规程》2005和2015两版内容作了比较,主要对虹吸式屋面雨水排水系统的几个业内比较关注的重要问题,包括溢流口及溢流系统设置、汇水区域面积大于2500 m^(2)的系统数设置、系统最小管径、横管及立管变径设置位置等进行了分析探讨,以便更好地理解技术规程相关条文的要义。

长龙山抽水蓄能电站进出水口混凝土评定提高优良率的研究与实践

长龙山抽水蓄能电站下水库工程进出水口过流面混凝土的外观质量决定了下水库主体工程受水流冲刷和侵蚀作用的影响程度,为了提高进出水口过流面混凝土评定优良率,通过现状调查和原因分析,找出了影响因素;运用5W2H分析方法,制定了对策和实施措施,最终达到了设定目标。本次研究与实践形成的对进出水口过流面混凝土施工质量控制的有效经验,可为其他工程提供参考。

堰塞体溃决离心模型试验供水系统关键技术研究

堰塞体溃决洪水洪峰流量及洪水时程曲线特征的预测是堰塞湖应急抢险及下游风险控制方案制订的重要依据。堰塞体溃决的离心模型试验,在研究堰塞体溃决机理、溃决过程及溃决洪水的历时曲线特征方面独具优势,但离心模型试验供水系统的设计,涉及到从外部静止状态到高速旋转状态的模型中连续供水,同时还要保证堰塞体溃决过程中上游水位为设定的常水头,是堰塞体溃决离心模型试验中的关键性的一大难题。本文围绕以上难题,设计了一种环形水箱以解决从静态到动态模型的连续供水问题,通过理论分析,确定了环形水箱中可提前注入的最大水量。另外在试验箱设置了竖井式溢流口,可以排出高出设定常水头的水体,保证了上游水位的稳定。通过以上设计有效地解决了供水系统中的关键难题,并在后续堰塞体溃决离心模型试验中得到了验证。

河道护坡湿地类型对雨天溢流污染物去除特性

近年来城市河道面临雨天反复污染问题,泵站雨天溢流是影响城市河流水质稳定达标的重要原因。结合河道护坡地形,将潜流人工湿地构造为护坡湿地,研究不同运行工况和进出水构造条件下湿地对污染物的去除效果并分析去除机理。结果表明,护坡湿地在垂直流工况下,进水管水平长度为3.6 m(占污水处理区水平长度的90%),出水管高度为0.65 m(占污水处理区高度的81.25%)为最优进出水构造,在该进出水构造下湿地对COD_(Cr)、氨氮、TN、TP的去除率分别为45.0%、91.5%、42.6%、44.3%。护坡湿地按水平流工况运行时,对各项污染物的去除率低于垂直流工况,但去除负荷有显著提升。在同时设置底部和出水高度处集水的最优出水构造下,护坡湿地对COD_(Cr)、氨氮、TN、TP的去除负荷分别为103.0、46.79、15.64、0.41 g/(m^(2)·d)。

BIM技术在溢流表孔坝段的研究及应用

为提高溢流表孔坝段BIM设计的参数化和自动化程度,提高BIM属性与计算分析的集成度,达到提质增效的目标,利用CATIA平台的参数化技术和知识工程二次开发技术,研究溢流表孔按坝高分类的系列参数化模型库,配置常用堰头曲线及消能类型的参数化几何选型,满足对几何造型的需要。将常用水力学工程计算分析与BIM数据深度集成,实现“一模多用”。经工程案例验证,该技术可快速完成溢流表孔泄洪布置方案比选,得到技术可行、经济合理的泄洪规模方案,其设计效率相比传统的二维设计手段有明显提高。

量水槽出口宽度对堰槽组合量水设施过流能力的影响

【目的】研究量水槽出口宽度对堰槽组合量水设施水力性能及对测流的影响,为扩大堰槽组合量水设施的适用性提供参考。【方法】对3种量水槽出口宽度(b=25,35和45 cm)在不同流量(5~71 L/s)下的35种工况进行水力性能试验,通过中垂面30个测点的水深及垂线平均流速变化,分析出口宽度对设施中垂面水面线和佛汝德数(Fr)沿程变化的影响,明确槽内流和堰槽流的流量阈值;根据流量(Q)与量水槽内测点水深的相关性,分析量水槽出口宽度对流量系数的影响,并建立不同量水槽出口宽度下的流量公式。【结果】3种量水槽出口宽度条件下,中垂面水深和Fr的沿程变化均表现出相似的规律,即中垂面水深在上游段表现稳定,进入量水槽后逐渐下降至出口后的薄水层区域;Fr值在上游段相对平稳,保持在0.1~0.2,进入量水槽后逐渐增大至最大值1.2~1.5,且增大速率沿程变大。上游段的水深和量水槽内的水深均随量水槽出口宽度的增加而减小,出口段、薄水层区域和下游壅水区域的水深受量水槽出口宽度影响不大。上游段至量水槽内部过渡扭面段的Fr值随量水槽出口宽度的增加而增大,量水槽内部梯形窄段的Fr值随着出口宽度的增加而减小。同一量水槽出口宽度下,槽内流的流量系数随流量的增加而增大,堰槽流的流量系数随流量的增加而减小。同一相对作用水头下,槽内流的流量系数随量水槽出口宽度的增加而减小,堰槽流的流量系数随出口宽度的增加而增大。基于建立的3种量水槽出口宽度下的流量公式,得到的流量计算值与实测值的相对误差均在2%以内,使堰槽组合量水设施的适用范围进一步扩大。【结论】量水槽出口宽度对上游和量水槽内的水深有明显影响,出口宽度的增加能够增大堰槽组合量水设施的流量阈值及过流能力,并使临界水深的断面位置向下游推移。

高拱坝溢流表孔分流齿坎的布置体型与作用效果

在高拱坝工程溢流表孔上设置分流齿坎具有分散水舌能量、降低下游水垫塘底板冲击压强的作用,是一种颇具竞争力的体型优化技术措施。本文结合采用6表孔与7深孔布置的白鹤滩水电站,开展了坝身泄洪水工模型试验研究,系统研究了溢流表孔分流齿坎的布置方法、细部结构体型及其作用效果。研究发现,该工程1^(#)表孔出口采用外侧单边齿坎、4#表孔出口采用双侧边齿坎的分流齿坎布置方法,是降低下游水垫塘底板冲击压强的较优布置方案。针对分流齿坎的宽度与挑角开展的进一步研究发现,单个分流齿坎的宽度宜取表孔出口宽度的0.18~0.23倍、挑角宜采用15°~20°,是较佳的细部结构布置参数。上述研究成果可供类似工程参考。

水石门水电站溢流表孔挑流消能数值模拟

为研究水石门水电站溢流堰挑流消能问题,采用有限体积法,利用VOF追踪自由液面和RNGκ-ε紊流模型建立了溢流堰挑流消能的三维数值模型,经与模型试验结果验证,吻合较好。根据工程实际情况,拟定了多种优化消能方案并进行了数值模拟计算。结果表明,在原方案基础上适当增大挑流反弧半径,优化鼻坎挑角能分散水舌入水冲击能量,改善泄流消能作用,从而有效降低下游河床的冲刷。

架桥机在观音岩水电站溢流坝闸门安装中的应用

根据观音岩水电站施工现场实际及其弧形闸门位置的特殊性、启闭机液压油缸、油管沟梁安装位置和吊装起重量要求,选用了架桥机(WJQ120t-30m A3)安装溢流表孔弧形闸门。通过合理的施工布置,该架桥机快速、安全、可靠地完成了溢流表孔闸门吊装任务,既创新了安装工艺,又降低了吊装难度,保证了闸门安装质量,大大缩短了安装工期,实现了观音岩水电站下闸蓄水目标。

超稠油组合油嘴放喷装置的研究与应用

超稠油井放喷采用五级油嘴控制放喷产液量,在调换油嘴前后,产液量会发生大幅波动,并且随着含水下降,油液黏度增大,经常出现放喷“假死”现象,影响油井放喷时效及下泵时机。为此,研制了组合油嘴放喷装置。该装置设计了异形过流口和柱形阀芯,异形过流口通过前、中、后3段不同曲率的设计,过流面积可与放喷平稳期、急速期、缓速期的放喷量相适应;通过异形过流口与柱形阀芯配合,阀门开度与放喷量线性匹配,实现放喷量的无级平滑调节;通过优化设计异形过流口位置,降低放喷时井口能量损失。该技术在辽河油田现场应用113井次,累计缩短放喷时间4123.0 h。该技术可对超稠油井放喷制度的优化提供参考。

大朝山水电站碾压混凝土重力坝台阶式溢流面设计

大朝山水电站碾压混凝土重力坝的最大坝高为111m,设计洪水位为899m(500年一遇),此时,表孔下泄的设计流量为9992m3/s,堰顶设计单宽流量为132.7m3(/s·m)。通过多次表孔水工模型试验研究和近三年表孔泄水运行,验证了大朝山水电站碾压混凝土重力坝的表孔采用宽尾墩、台阶式溢流面和戽式消力池联合消能的设计方案是合理可行的,为全段面碾压混凝土重力坝和表孔溢流面的设计开拓了新的思路。

大型输水渠道退水口的退水能力研究

选取南水北调中线工程输水干渠中的澎河和澧河退水闸,采用一维非恒定计算软件,模拟计算各种紧急情况下干渠中的非恒定流态,对其退水能力进行分析和校核。结果表明:渠段两端闸门同时紧急关闭且退水闸不启用时,渠段中的水面会发生长时间的振荡。同时关闭草墩河和澎河节制闸以及该渠段间的分水口时,在设计流量下,即使不开启退水闸,也不会引起渠道漫溢;在加大流量的情况下,澎河退水闸和澧河退水闸必须同时启用至少3 h才能有效避免漫溢事故的发生。所关闭的两个节制闸间的渠段越长,退水闸运行的时间也越长。

出口流量监测技术在溢流预警方面的应用研究

为及时发现和控制钻井过程中的溢流,减轻井喷和压井作业对地下油气层的伤害,降低对环境的有害影响,对当前国内外录井溢流监测技术进行了分析,结合现场实际建立起一套以出口流量监测为核心的录井溢流监测系统。通过对返出管线流速场进行的水力学模拟,分析返出管线的流体流动规律,优化出口流量监测系统结构设计;采用V型结构设计既满足了流量计满管测量以保证测量精度,又保证了钻井液正常通过和携带岩屑。现场试验验证了系统的可用性,实现了出口流量的自动化、早期化、精确化监测并及时对溢流状态进行报警,取得了良好的效果;在此基础上,对基于出口流量监测技术的溢流预警模型进行了展望,为下一步工作奠定基础。

水文模型中DEM低洼地处理的新算法

DEM数据作为基本地形信息的载体,被广泛应用于分布式水文模型中。但是由于各种人为的和自然的原因,DEM中普遍存在着许多大小不等的低洼地(包括洼地和平地),为水系的生成和汇流计算造成障碍。因此,DEM中低洼地的预处理是使用DEM进行水文模拟的前提。采用新的洼地填充算法(溢水法)填平洼地,并提出独创的"出口汇聚流向模式"为平地区域设置坡度,将平地中的水导出。该方法与传统填充法相比简单明了,不需要计算水流方向,也不需要考虑复合洼地的嵌套关系。整套处理方法经编程实现,并由实例验证其可靠性。使用这套算法处理后的DEM中,任何一点的流向都是确定的,而整体地貌对比于处理前的改变接近最小。使用该方法处理得到的DEM能够满足分布式水文模型中洪水汇流计算的需要。

高拱坝挑跌流非碰撞水垫塘消能形式研究

在峡谷区修建高坝工程,坝身高水头、大泄量的消能防护是关键技术难题之一。本文通过模型试验和数值模拟,研究了收缩式消能工的作用和分层射流在水垫塘内流动特征与消能机理,论述了坝身分层、多孔、分散泄洪的可能型式及其优缺点。为避免射流水舌碰撞分散引起的溅水雾化问题,通过对坝身表、深孔的不同布置形式,创造性地提出表孔、深孔水舌分层入水非碰撞布局的水垫塘消能方案,和采用收缩式消能工,使表、深孔在横向交错布置,在立面分层泄流,深孔水舌穿过表孔水舌之间的空隙处射出,形成交错入水非碰撞格局的水垫塘消能方案。

TKS水电站工程溢流表孔泄洪消能研究

针对TKS水电站溢流表孔泄洪时回流较大、下游河床及岸坡岩体抗冲能力小、冲刷严重时易于危及坝趾安全而增大了消能难度的问题,对水电站挑流、护底护坡导墙防护、宽尾墩、宽尾墩+消力坎、消力坎等进行了几十组水工模型试验,最终优化为连续式消力坎和二级消力池后带突扩的底流式消能方案,效果良好。

三峡工程泄洪坝段导流底孔过流面防护层施工及运行

三峡工程泄洪坝段布置在河床中部,自下而上设有底孔、中孔和表孔,其底孔承担着三期工程施工期的导流和泄洪任务。为防止导流底孔过流面在高速水流条件下产生气蚀,要求对底孔过流面进行表面处理,以形成过流防护层。按照设计要求,采取现场工艺试验的方法进行了防护材料、施工方案的比选;施工后的过流面防护层经过3 a的运行,经检测防护效果远超预期。因此,在今后的类似工程中,是否需要花大成本进行过流面防护,值得进一步论证研究。

除油水力旋流器溢流口结构试验研究

为探索溢流口结构和尺寸对除油水力旋流器分离性能的影响 ,设计出三种新型溢流口结构———涡流屏蔽罩式、涡流探测管和涡流屏蔽罩组合式以及实心涡流屏蔽管式溢流口。利用马尔文激光粒度仪 ,在室内模拟试验装置上进行了分离性能测试 ,并采用粒级效率和压力降综合评价了三种结构溢流口的分离性能。测试和分析结果表明 ,溢流孔径越小 ,旋流器分离效率越高 ,压降也略有增大 ;涡流屏蔽罩式、涡流探测管和涡流屏蔽罩组合式溢流口可以降低压降 7%左右 ,而分离效率基本不变 ;

底孔溢流堰设计与施工的几个关键技术探讨

本文探讨了浯溪口水利枢纽工程底孔溢流堰设计与施工中所采取几个的关键技术;其中基于物理模型试验进行底孔溢流堰设计。模型试验结果表明底孔溢流堰设计既能保证水流平顺,过流能力大,又能保证不出现导致堰面发生破坏的堰面负压。此外,底孔溢流堰施工通过采用倒弧面模板和混凝土分区等工程措施可保证堰体混凝土满足强度、抗冲、温控以及平整度等要求。这些技术可为类似工程溢流堰设计与施工提供重要参考。