溢洪道台阶式溢流设计下水力消能特征研究

基于出水洞水库溢流台阶的异形交错设计,探讨溢流面流速、压强等水力特征,并分析了溢洪道消能特征。研究表明,异形交错台阶设计下的沿程流速变化不受泄流量影响,峰、谷值流速断面一致;溢流段设计异形交错台阶,有助于在溢流段聚集较高动水势能。同时,异形交错台阶设计下双侧具有负压特征,紊动能分布水平亦较高,以异形台阶数量为4级时最高;无异形交错台阶设计下压强水平较高,变幅较低,紊动能、消能率均低于异形交错台阶方案。结合溢流面泄流消能现状考虑,设计异形交错台阶较合理,结果可为研究台阶式溢洪道溢流面体型设计提供参考。

台阶式溢流坝的时均压强特性

当yc/h<3时,3种坡度(40°、50°和60°)的台阶式溢流坝试验结果证明,在初始台阶上,作用在水平面上的时均压强均为正值,其最大压强随流量增大,由台阶中部逐渐移向台阶外边缘;跌落水流时台阶竖直面上部范围出现的负压,在进入过渡水流以后全部变为正值。其他各台阶水平面上,除挑射水流越过的数个台阶外,在各级流量下时均压强为正值,其最大值均在台阶外边缘;台阶竖直面上部的时均压强为负,下部的时均压强为正,随流量增加负压绝对值增大,范围缩小。其中跌落水流时负压占台阶高度的75%,进入过渡水流后负压约占台阶高度的60%。

新型宽尾墩在索风营水电站的应用与研究

把宽尾墩应用到碾压混凝土台阶溢流坝面,形成"宽尾墩+台阶坝面+消力池"联合消能工,是我国科技工作者的一大创举。索风营水电站单宽流量达207m3 s·m,在应用台阶溢流坝面工程中属最大,经模型试验验证常规宽尾墩联合消能工已不能满足要求,于是提出了一种新型宽尾墩形式———X型宽尾墩,它继承了传统宽尾墩的优势,又拓宽了台阶坝面的消能作用。本文是"X型宽尾墩+台阶坝面+消力池"联合消能工在索风营水电站应用的水力特性研究成果的一部分。

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。

水东水电站新型消能工结构优化设计

水东水电站为整体式碾压混凝土重力坝，采用宽尾墩－阶梯式坝面－戽池联合消能形式。在新型消能工结构设计方面，用混凝土预制块作为溢流面曲面和阶梯面的结构，用不衬砌和钢筋网喷射混凝土结构代替消力戽池底板和边墙的钢筋混凝土衬砌。工程在运行期经历了近百年一遇的洪水考验，证明了新型消能工结构的优化设计是成功的。

台山核电厂淡水水源工程水库溢流坝消能试验研究

以台山核电厂淡水水源工程为例,通过水力模型试验研究,推荐溢流坝采用宽尾墩+坝面削角阶梯+底流消力池的联合消能方案。试验结果表明,该方案消能效果较显著、工程量小,优化了溢流坝工程布置和体型。

台阶溢流坝下的流速探讨

本文分析了台阶溢流坝坝面水流流态 ,从明渠水力学的角度出发 ,推求出台阶溢流坝坝下流速的表达式 ,并通过水力模型试验研究 ,求得了台阶溢流坝坝下流速的计算式。该式的计算结果与其他学者的模型试验成果尚能吻合 ,表明该式具有一定的适应性。同时 ,该式亦可用于对台阶溢流坝坝面最大流速进行估计 ,以便判别坝面出现空蚀破坏的可能性。

阳江抽水蓄能电站上库溢流坝消能试验研究

针对阳江抽水蓄能电站上库溢流坝具有高水头、坝址河床狭窄、坡度陡峭等特点,通过水力模型试验研究优化了溢流坝及其消能工体型,解决了溢流坝的消能问题。试验表明:①溢流坝采用“坝面削角阶梯+底流消力池”的联合消能方案后,增大了溢流坝面水流的消能率,解决了溢流坝泄流与下游消力池衔接的问题;②消力池内设置T型消力墩,缩短了水跃长度和池长;③消力池下游采用阶梯状的二道坝与下游河床连接,减轻了泄流对下游河床的冲刷。

计算机智能控制方法在液压测试系统中的应用

为实现系统的智能控制,对液压件厂现有的液压泵性能试验台进行了全面的改进,基于机、电、液一体化计算机智能控制的思想,设计一套液压泵性能试验台,以适合对低、中、高压液压泵进行快速、准确、可靠的性能测试。该试验台的驱动系统采用交流变频调速技术,加载部分采用先进的步进式数字溢流阀进行加载,整个系统具有计算机集成化程度高、控制精度高等优点。

治沟骨干工程台阶式泄水建筑物的消能防冲研究

进行了可用于治沟骨干坝的3种不同坡度的台阶式泄水建筑物的模型试验。结果表明,在跌落水流时,消力池跃前断面单位能量随斜坡变陡和相对坝高Hdam/yc增加而增大,但当Hdam/yc增加到某一值后,逐渐趋于平缓。消力池跃前断面底部压力yp与堰上临界水深yc呈现正比线性相关,yp大小与台阶个数N无关。比较跃前断面压力修正系数λ>1和λ=1时的消能率,当Hdam/yc=10左右时,其消能率相对误差可达7%左右,但当Hdam/yc≥70时,其相对误差则降至1%。试验结果也同时显示出λ与yp/y1同样有着很好的线性关系,其相关系数r=0.99999。

龙潭沟水库溢流坝泄洪消能局部冲刷试验研究

采用几何比尺为1∶30的大比尺整体枢纽水工模型,根据重力相似准则,进行了龙潭沟水库溢流坝泄洪消能水力学试验研究。试验结果表明,设计洪水时,原设计方案及修改方案都不会对下游河床造成冲刷;下游河道水流平稳,流速分布均匀。校核洪水时,随着溢流坝过坝流量的增加,单宽流量增加坝面水深增大,原设计光滑溢流坝面沿程水流掺气消能效果欠佳,下游流速大、水流紊乱,挑流水舌下游造成严重冲刷,影响泄洪安全。通过方案修改优化,提出阶梯溢流坝台阶尺寸为0.90 m×0.72 m+连续挑坎方案新型消能形式,宣泄校核洪水时消能率较高,且下游河道水流平稳,流速较低且分布均匀,满足龙潭沟水库工程的安全泄洪。

淤地坝坝面过水试验研究

作者提出应用土工膜衬护,直接在淤地坝坝面设置溢洪道的坝面过水技术方案,并以宋家沟试验淤地坝为依托工程,进行了现场大型试验。试验研究了平底式与阶梯式两种过水方案。试验结果表明:同等条件下,平底式方案末端最高流速达10.7m/s,而阶梯式方案则为3.1m/s,说明阶梯式方案具有较好的消能作用;在上述流速下,两种方案的结构整体稳定,说明土工膜的铺设结构形式与固定方法是合适的;从耐磨抗冲刷性能看,土工膜抗碎石的耐磨性尚待进一步研究;从施工难度、土工膜用量和成本等方面比较,平底方案具有较大的优越性。

惠州抽水蓄能电站上库溢流坝阶梯消能试验研究

介绍惠州抽水蓄能电站工程概况,建议将上库溢流坝挑流消能改为底流消能方式。通过水力模型试验研究,推荐溢流坝采用“坝面削角阶梯+底流消力池”的联合消能方案。试验表明,削角阶梯坝面末端泄流的动能只占相应光滑坝面动能的30％以下,相应动能消能率达70％以上,消能效果较显著,大幅度减小了溢流坝下游消力池的尺寸和工程量。

大朝山水电站RCC溢流坝宽尾墩、台阶式坝面联合消能工的研究及应用

宽尾墩,台阶式坝面消能工,是通过宽尾墩后水流的突扩和台阶坝面的连续跌坎,为掠过台阶坝面的水舌下缘提供侧部(坝面无水区)通气条件。原型观测证明沿台阶处形成高掺气浓度的水气混合流,加之台阶对水流流速的消减作用,使台阶免遭空蚀破坏。本研究结合大朝山水电站的建设,从设计优化构想、开展了系统的试验研究,并把设计研究成果应用于大坝的设计和施工,取得了原型观测成果,提供了百米级以上高坝、大单宽流量RCC坝的新的成功实例。

台阶式溢流坝的消能设计与试验

由于台阶式溢流坝坝面台阶的存在,使下泄水流在台阶之间形成横轴旋滚,并与坝面主流发生强烈掺气作用,使水流紊动加剧、掺气增强,大大减少了下泄水流的能量,改善了坝址处的水利条件,使坝下游的消能设施得已简化。结合光明水电站水工模型试验,对消能率进行了研究,结果表明:影响台阶坝面消能率的主要因素为台阶坝高、台阶的突出高度、台阶坝的坡度和单宽流量。同时推导出消能率的计算公式。该公式可为相关设计提供参考。

马鹿塘一期水电站溢流表孔工作闸门设计与创新

通过对马鹿塘一期水电站溢流表孔工作闸门平门和弧门两种方案以及启闭方式进行经济、技术比较,最终确定“平面闸门+柱塞式液压启闭机启闭机”方案。该方案思路新颖、先进合理、坝面布置简洁、节约投资、缩短工期。由于闸门及启闭机设计布置合理,整个制造、安装过程都非常顺利,运行效果也比较理想。

台阶式溢流坝中小流量流态改善方式研究

台阶式溢流坝有显著的掺气效果和消能效果,目前在中小型工程中广泛应用。但是台阶式溢流坝在小流量浅水深的工况下,坝面上流态较差,呈现跌流或者过渡流态,容易形成水翅和水流跃离现象。为了解决上述问题,本文结合某工程通过水工模型试验研究对台阶起始端的体型进行优化,结果表明优化方案能够很好地改善较小流量时的过渡流态。

阶梯溢流坝过渡台阶体型水力特性研究

鉴于阶梯溢流坝采用台阶消能具有较好的消能效果,且阶梯溢流面与WES曲面的衔接处常采用过渡台阶可改善水流流态,采用数值模拟计算与模型试验相结合的方法,分析了四种不同过渡台阶体型下的阶梯坝面水流流态、流速、掺气起始点位置、掺气浓度和消能率等水力特性。研究结果发现,方案2、3、4在流态方面稳定,流速方面有一定的减小,消能率方面显著提高,但方案2、3在掺气起始位置方面略微下降。为此对方案4内凹型的过渡台阶的设置进行3种工况下的试验研究,证明其具有较好的工程价值和研究意义。

袁河新泉乡段梯级溢流堰水动力模拟及侵蚀分析

为了分析梯级溢流堰对袁河新泉乡段河道行洪及河床抗冲的影响,优化河道治理工程中溢流堰布置,建立了将拦河溢流堰作为闭边界条件的二维水动力数值模型,采用非结构化网格的有限体积法,对比分析了十年一遇洪水情况下梯级溢流堰建设前后河道水动力、河道水位、流场沿程变化特征,讨论了溢流堰布置对河道防洪及冲刷的影响。结果表明,在十年一遇洪水情况下溢流堰会抬升河道水位,平均增加0.49 m,满足河道行洪要求;梯级溢流堰使河道整体形成人工“阶梯深潭”体系,河道流速在空间上发生明显的异质性,堰上流速下降幅度较堰下流速大;水流发生急流与缓流之间交替,水流紊动强烈,加剧了水流能量损失,有效降低流速,减轻了河道冲刷,有利于稳定河岸结构。

阶梯溢流坝面坡度对一体化消能工水力特性的影响

为探求高水头、大单宽流量下坝面坡度对一体化消能工水力特性的影响,以阿海水电站为原型,采用三维k-ε双方程紊流模型,引入水气两相流VOF计算方法,利用几何重建格式来迭代生成自由水面,对1∶0.80、1∶0.75、1∶0.65三种阶梯面坡比进行数值模拟研究。结果表明:①最大负压值均位于首级阶梯立面凸角下1/4附近,并随坡度增加而增大。坡度为56.98°时,最大负压值为61.02 kPa,超过了6×9.81 kPa。②水流空化数在宽尾墩水舌出口位置出现最小值,空化数随坡度变陡而减小。坡度为56.98°时,空化数最小为0.358。坡度为51.34°时,空化数最大,为0.381。③随着阶梯溢流坝坝面坡度变缓,消力池最大临底流速增大。当坡度为51.34°时,消力池最大临底流速最大,达到26.84 m/s,超过了25 m/s,易发生冲磨破坏。当坡度为56.98°时,消力池最大临底流速最小,为24.00 m/s。消力池尾坎前最大临底流速随坡度增加而减小,坡度为56.98°时最小,为9.63 m/s;坡度为51.34°时,消力池尾坎前最大临底流速最大,为9.96 m/s。④坡度的变化对一体化消能工消能率的影响不大,坡度从51.34°增加到56.98°,消能率只提升0.15%。