不同阻塞比旋流阻塞泄洪洞水力特性数值模拟研究

水平旋流泄洪洞中设置阻塞可增大洞内压力并改善水流空化条件,同时还可提升消能率,在高水头泄洪消能中具有独特优势。为探究不同阻塞比阻塞对水平旋流洞水流水力特性的影响,采用Realizable k-ε紊流模型与VOF法,对阻塞比0.2、0.3、0.36、0.4、0.5等5组体形水流水力特性进行了数值模拟。结果表明:阻塞比m越大,空腔直径越小,m>0.4时,空腔沿程变化变大,空腔旋流不稳定,阻塞比m不宜超过0.4;空腔旋流横断面压强近似呈底部略大的同心圆分布,阻塞比0.5较0.2体形壁面压强增大约2/3,阻塞增压效果显著,且m>0.3时增压效果更为显著;空腔旋流呈三维流速分布,切向流速沿径向近似为中心对称分布,轴向流速近似为轴对称分布;阻塞比0.5较0.2体形断面平均流速减小约1/4,阻塞减速效果显著。阻塞的增压减速效应有助于改善洞内水流空化条件,使之适用于更高水头的泄洪消能。综合来看,阻塞比选择在0.3~0.4之间较为适宜。

阻塞式旋流泄洪洞空腔环流的能量特性

旋流泄洪洞内的空腔环流既不同于常规有压流,也不同于明流,因此采用理论分析和模型试验相结合的方法,建立了空腔环流断面的能量积分表达式,并对具有较好抗空化特性的阻塞式旋流泄洪洞内空腔旋流的能量特性进行了研究。结果表明:建立的空腔旋流能量方程利用相关水力特性进行计算的结果符合洞内的能量变化和转化规律,随着阻塞面积收缩比的增大,空腔环流的压强势能所占比例明显增加,动能所占比例减小,与阻塞收缩比增大时壁面压强增大、流速减小的规律一致;在水平洞起始段,切向动能大于轴向动能的部位延长,在阻塞面积收缩比m=0.49时,约增长至5倍洞径长处;增加阻塞,对竖井段的能量损失影响很小,但能较大提升水平旋流洞段的消能率。

基于准自由涡分布的阻塞旋流泄洪洞流场分析

为解决高坝泄洪建筑物亟待解决的高速水流问题,提出新型的阻塞旋流泄洪洞。采用试验研究和理论分析相结合的方法,对该类泄洪洞在不同阻塞体型下的流态、泄流量、壁面压强、空腔直径、旋流角和流速等水力特性进行研究,并在此基础上基于准自由涡分布理论对旋流流场进行分析。结果表明,阻塞有利于改善旋流洞内流态,增大壁面压强,可大大减小空化可能性;阻塞使旋流空腔半径减小,旋流角增大,同时阻塞处水流急剧紊动,提高了水流消能率;阻塞可减小泄流能力是其不利之处。依据水流流动的形成机理分析和试验实测流速分布特点,基于准自由涡分布规律对切向流速进行分析,得到相关参数;建立了壁面压强、旋流角、空腔直径、泄流量与切向流速分布参数等水力特性间的关系式和相对轴向流速的计算表达式,并通过试验实测数据验证了旋流准自由涡运动规律的正确性。研究成果可为阻塞旋流泄洪洞的研究与应用提供参考。

旋流阻塞与旋流扩散复合式内消能泄洪洞的水力设计

结合雅砻江两河口水电站后期3#导流洞和大渡河猴子岩1#导流洞的改建,在研究旋流阻塞和旋流扩散复合消能泄洪洞的水力特性基础上,对该类型复合式旋流内消能泄洪洞的设计原理与方法进行研究探讨,和开敞式进口、起旋器、阻塞与旋流渐变扩散段的体型进行了设计与计算,为1000 m3/s以上泄流量、150 m作用水头量级的导流洞改建为旋流内消能泄洪洞工程水力设计提供参考。

阻塞式复合内消能泄洪洞强剪切水气两相流的水力特性研究

为了揭示复合内消能泄洪洞空腔旋流在经过阻塞和扩散后形成的旋转扩散强剪切水气两相流的水力特性,采用Realizableκ-ε紊流模型和VOF法结合模型试验结果对强剪切水气两相流的水力特性进行研究。结果表明,强剪切水气两相流在洞内形成了一种快速贴壁面流动的水流保护层,防止空蚀空化;压强沿程先增大后减小,且随过流断面增大,最大负压由洞中心向洞底偏移;洞内流速沿程呈波动式减小,洞底与洞顶流速呈反对称变化;紊动能和耗散率沿程先增大后减小,且水气混掺越剧烈紊动能和耗散率变化越大。可见强剪切水气两相流对内消能泄洪洞起到了较好的保护和消能作用。

积石峡水电站泄洪洞与导流洞交叉段大洞室设计与施工

积石峡水电站左岸中孔泄洪洞由导流洞改建而成,泄洪洞与导流洞的交叉段为不对称顶拱的大断面洞室,具有结构受力及地质条件复杂的特点。设计通过采用有限元法确定施工工序,块体理论分析确定支护措施,以及对于不对称顶拱城门洞型断面,采用有限元法与边值法结合的结构配筋计算等方法,有效解决了洞室开挖支护、永久结构设计等难题。

液压滑模技术在吉林台一级水电站联合进水塔混凝土施工中的应用

液压滑模施工技术在水电工程竖井、调压井、等截面塔体结构等施工中具有快速和安全可靠性,具有推广价值。主要介绍了液压滑模施工技术在新疆吉林台一级水电站联合进水塔混凝土施工中的应用。

泄洪洞内具有阻塞与扩散段的水平旋流消能方式水力特性的试验与数值模拟(1)

本文采用Realizable k-ε双方程紊流模型和VOF法,并结合模型试验,对一种新型的水平旋流复合式内消能泄洪洞的流态及水力特性进行了分析。结果表明:旋流洞段为空腔直径沿程变化的旋流,扩散段为气水混掺的旋转两相流;空腔直径沿程表现出分段变化的特点,在起旋室内与阻塞扩散段变化较大,在旋流洞段变化较平缓;旋流洞段壁面压强整体较大,但在旋流阻塞段迅速降低;旋流空腔负压沿程增大并在旋流阻塞起始点达到最大;旋流洞段发生空化空蚀可能性较小,而扩散段末端有出现空化空蚀的可能性,需加强结构设计或采用超空化体型。旋流阻塞的设置增大了旋流洞壁面压强,减小了空化空蚀的可能性。