泄洪消力池消力墩消能特性数值模拟研究

消力墩是常用的泄洪消力池消能结构物之一,对其消能效果与结构优化研究在枢纽结构设计中具有重要作用。为此,基于描述非恒定流运动的雷诺平均(RANS)方程和描述紊流运动的Realizableκ-ε湍流模型,采用VOF自由表面追踪方法,建立了模拟大自由表面变形流体运动的数值计算模型,对坝面泄洪引起的跌坎型消力池内复杂流体运动及消力墩的消能特性进行研究。首先,对不同坝面泄洪条件下消力池内水流运动进行模拟,通过将自由液面、水流流态及底板压强分布等的模拟结果与室内实测数据进行对比,验证了模型的模拟精度和可靠性;在此基础上,模拟分析了矩形、直角梯形和T形三种典型消力墩对消力池内水流流速、液面形态及湍动能分布的影响,探讨了长、宽、高相同、几何形状不同的消力墩的消能效果。结果表明,对水流能量的耗散作用,矩形消力墩优于直角梯形消力墩、直角梯形消力墩优于T形消力墩。

跌坎型底流消力池的水力特性与优化研究

本文以向家坝高水头大单宽流量水电站为例,对旨在降低消力池临底水力学指标的跌坎型底流消力池进行了系列水工模型试验,研究了不同跌坎高度的消力池水力学特性。研究成果表明,连续跌坎的采用有利于降低消力池临底流速,其应用效果取决于跌坎高度,但跌坎的存在也改变了消力池内的水流流态,对底板脉动荷载与消力池的消能效率有较大影响。对有溢流表孔与中孔的泄水建筑物采用适度收缩泄水孔出口的布置方式,可以起到稳定消力池水流流态、增进消能效率的作用,同时有利于减轻泄洪雾化。

“陡坡＋跌坎”式消力池板块稳定特性试验研究

通过大比尺(1∶40)物理模型,对某大型水电工程溢洪道"陡坡+跌坎"式消力池这一新型消能工底板稳定性进行了试验研究,得到了水跃完全或部分发生在陡坡段时,消力池不同位置板块的脉动压力、板块上举力频幅特性的分布规律与特征.试验表明水跃跃首部位始终是板块最易失稳区域,当单宽流量达到一定值后,跌坎下一段区域也是失稳重点关注区.对试验结果深入分析后表明:水跃跃首区域上举力均方根大致为脉动压力均方根0.55倍,其它区域为0.2倍,水跃跃首区域最大上举力大致为4.2倍脉动压力均方根,其它区域为1.5倍.揭示了此消能工上举力与脉动压力点面转换指标、底板稳定控制指标与挑跌流消力池的一致性;而消力池平底段采用透水底板可有效降低板块上举力,减小响应趋势基本呈指数分布,并与开孔率呈正比关系.

宽尾墩跌坎消力池消能水力特性模拟研究

为探究宽尾墩跌坎消力池消能机理及其水力特性,采用RNGκ-ε湍流模型结合VOF两相流数值模拟方法,对宽尾墩联合平底消力池、无宽尾墩平底消力池和宽尾墩跌坎消力池三种方案进行了模拟研究,对比分析了这三种方案的流态及水面线、临底流速、压强分布。结果表明:宽尾墩跌坎消力池表现出掺气充分,水流紊动剧烈,临底流速小,压强小且分布均匀等特点。

跌坎型底流消力池水力特性二维数值模拟研究

采用二维数值模拟的方法,模拟了表孔溢流坝及其末端的跌坎式底流消力池的二维流场。并分别从调整跌坎高度、在跌坎前增加水平段,以及改变出流角度3个方面对跌坎体型进行修改,通过各方案对比,得出消力池临底流速变化规律。可为工程设计和科学试验工作提供参考。

跌坎式底流消力池水力特性三维数值模拟与试验研究

采用三维数值模拟结合物理模型试验的方法,对某水电站表孔、中孔及其末端的跌坎式底流消力池的水流三维流场进行了计算分析和试验研究。分别比较了跌坎高度、消力池深度、跌坎水平长度以及出口侧收缩等对跌坎式底流消力池水流结构及相关水力特征量的影响,优选了水力特征量相对较好的跌坎式消力池结构布置型式,可为工程设计提供参考。

大兴水利枢纽消力池底板抗浮稳定性计算

消力池底板的抗浮稳定关系到泄水建筑物的安全,合理设置锚筋是减少投资并保证安全的工程措施。本文以贵州省大兴水利枢纽工程为例,较为详细地介绍了配置锚筋的消力池底板抗浮稳定的计算方法,指出锚筋抗拔力对地基有效重量的影响,为类似工程设计提供参考。

解决“尾水不足,池深受限”底流消能难点的池身结构初探

简述柬埔寨王国斯登沃代一级水电站溢流表孔在下游尾水严重偏浅,受地质构造限制,不能降低消力池底板高程条件下,寻找到可节省底流水跃消能的结构体型。

增设收缩墩后的跌坎消力池三维流场研究

当消力池池长和池宽受到限制时,跌坎底流消能工在大单宽流量、低Fr来流条件下引起的振荡水跃对消力池具有较大的破坏力;模型试验研究发现,在跌坎消力池前采用收缩墩后的联合消能工可有效解决上述问题。选取RNGk-ε模型和流体体积函数法(Volume of Fluid,VOF)自由液面追踪法,构建有无收缩墩2种跌坎消力池并进行数值模拟,得到流场内的水力特性,并结合试验数据对有无收缩墩的2种跌坎消力池方案进行对比分析。结果表明:跌坎消力池池内紊动能不足和大尺度漩涡的不稳定性是引起振荡水跃的主要原因;设置收缩墩后水流经收缩墩横向收缩和纵向拉伸后形成收缩射流,在消力池内形成2条细长的强紊动区,形成了更多三维漩涡,漩涡尺度变小,紊动剪切加剧,破坏了不设收缩墩时的水跃旋滚,有效地消除了振荡水跃。这种消能工对工程条件限制下的低Fr数、大单宽流量底流消能具有较高的推广应用价值。

跌坎底流消力池在某高水头闸坝工程中的应用

针对高水头、大单宽流量闸坝工程消能问题,在分析传统底流消力池体型的基础上,提出将跌坎型底流消力池应用于高水头闸坝工程,并结合实际工程进行了水工整体模型试验,研究了消力池及下游河道水流流态、流速分布、下游河道水面线、河床冲刷情况。结果表明,跌坎底流消力池不仅体型简单、施工难度小,且在各种运行工况下均能获得稳定的流态及较高的消能率,可较好地解决高水头闸坝泄洪消能问题。

收缩射流与跌坎消力池复合消能工参数优化研究

基于某工程泄洪洞消力池由大单宽流量、低傅汝德数造成的不稳定震荡水跃问题,对消力池进行了几种局部体型优化,最终提出了在消力池前设置收缩墩的收缩扩散与底流复合消能消力池方案。试验结果表明,该方案能较好地解决消力池内不稳定水跃导致的间歇性水流震荡和水面大幅波动等问题,同时消力池内消能率也显著增加,下游冲刷大为减轻。为类似工程的消能问题提供了一种新思路。

消力池底板磨蚀破坏的水力学试验研究

高水头电站泄洪消能难度较大,消能设施容易发生破坏。笔者采用模型试验和理论分析相结合的方法对铜街子水电站的泄洪消能问题进行研究。表孔闸门对称开启时,消力池的消能效果较好,从流场和压力分布特性可排除体型设计的影响;表孔闸门非对称开启时,消力池内形成流速较大的横向回流,回流形态与底板环形破坏带相似,可以判断回流携沙长期磨损是消力池底板破坏的主要原因,运行时应尽量避免非对称的开启方式。笔者通过比较表孔闸门对称和非对称两种开启方式,分析消力池流态、流场及压力特性,判断得出了消力池底板的破坏原因,并优化了电站的运行方式。研究成果对消力池的修复工作和电站后期的安全运行具有较大的指导作用。