三角形鼻坎射流挑距综合影响系数的试验研究

引用包含综合影响系数的质点抛物线方程描述平面挑射流水舌上、下缘轨迹方程;应用量纲分析方法得到,影响三角形鼻坎射流挑距综合影响系数的参数为,射流起挑断面弗劳德数和挑流鼻坎的体型参数。据物理模型试验结果,拟合挑距综合影响系数与弗劳德数的关系式;本文公式计算的挑距值与试验值相比,误差小于8%。     

差动式挑流鼻坎的气蚀特性

差动式挑流鼻坎消能效果好,但易于发生气蚀。本文从气蚀的机理出发,从观测齿坎水流现象及分析负压的成因入手,通过试验验证,找出挑角差是影响齿侧负压极值的一个主要边界因素。在35组时均负压、6组脉动压强、5组初生气穴数的试验资料基础上,得出了齿侧时均负压、脉动压强及初生气穴数随挑角差的变化规律;据此,本文提出了一个“免气蚀临界挑角差”的概念。对于矩形差动式鼻坎,本文给出了免气蚀临界挑角差与坝高以及单宽流量的关系曲线;对于梯形差动式鼻坎,文中则另给出修正关系式。这些关系可用于判别气蚀发生或选择免气蚀参数。本文还对差动式挑流鼻坎的其他一些免气蚀措施进行了试验探讨。作为应用实例,文后着重对柘溪差动式鼻坎进行了验证讨论。     

小挑角跌坎加浅水垫消力池水力特性试验

为了解决大单宽、低弗劳德数、上下游水位变幅大、运行方式多变的闸坝工程中存在着消力池适应性差、运行方式不灵活的难题,以汉江旬阳水电站工程为例,通过多种消力池消能方案的水力特性对比试验,提出了小挑角跌坎加浅水垫消力池方案.该方案出闸水流经小挑角跌坎调整扩散后,各工况均能在消力池内形成淹没水跃,出池水流平稳、无跌落,与下游衔接自然,消能效果较好,闸门开启运行组合及开启方式灵活.     

降低溢流坝挑流鼻坎高程可能性的探讨

本文通过挑流坝模型试验初步得出：在采用挑流消能方案的情况下容许面流的存在,挑流鼻坎就可以降低。并对挑流鼻坎降低时,鼻坎高程、鼻坎挑角、下游冲坑后坡等问题作了初步探讨。降低鼻坎高程,可节约溢流坝的工程量,对中小型水利建设具有一定意义．     

溢洪道贴角斜挑坎挑流水舌水力特性研究

溢洪道出口挑坎体型的设计会依据工程的需求而有所不同.通过模型试验和数值模拟结合的方法,将常规的斜切式挑坎与加贴角的斜切式挑坎的水舌形态、水舌挑距、挑高、水舌及下游紊动能和紊动能耗散率进行比较分析,得出了加贴角后斜挑体型的新的特征.对于狭窄河道大交角溢洪道,加贴角斜切式挑坎能够使挑流翻转偏向一侧,有利于挑流的归槽,减小了入水宽度和对单侧岸坡的冲刷,且挑流在空中运动时紊动剧烈,砸落水垫时紊动能耗散迅速,有利于下游消能防冲.     

混合流消能率的计算与探讨(基本消能方式的综合研究报告之三)

本文提出了混合流消能率的计算式,从而基本上解决了一般边界条件下各种消能方式消能率的计算问题。同时还对消能率的物理意义进行了探讨,提出了消能率、消能负荷率与消能效率之间的联系与区别,有助于具体情况,具体分析。根据分析和计算,证明了一般边界条件下局部水力现象中的消能率E_R是弗氏数F_r、共轭比η=t/h_1、混合比ξ=α/h_1和坎角θ的函数,消能率与F_r成正比,与t成反比,但最具有决定性影响的仍是F_r。在各种消能方式中,以利用淹没混合流的戽流消能所承担的消能量最大,从而进一步证明了在消能防冲上淹没混合流是一种最优越的流态。     

包络线与抛体运动

本文从一个实际问题——挑流消能中鼻坎角的设计出发,提出用包络线计算某个函数的极值的方法;然后用这种方法去解决抛体运动中各种情况的极值问题;最后,讨论一下怎样在中学数学教学中说清楚这个问题。(一)鼻坎角的设计在挑流消能的水力设计中,为了使冲刷坑不致危及坝基,不仅要估算挑射水流的水平距离,而且要求这个距离尽可能地远。(参见图1)     

圆弧形挑流鼻坎上急流的扩散

本文对"圆弧曲面上急流的扩散"一文中提出的计算方法进行了试验的验证,提出了在挑坎末端最大单宽流量值与φ、H/R、b/R、F的关系.此外,当挑流鼻坎上设置了导墙时,论述了导墙的平面形态和扩散角.     

兰督水利枢纽溢洪道挑流鼻坎体型试验研究

兰督水利枢纽溢洪道泄洪的水流与河道正交、顶冲回流、消能防冲等问题较为突出，本文在理论计算的基础上，通过水工模型试验优化、检验、设计出较完整的扩散扭曲挑流鼻坎体型，与原设计的单侧平面扩散舌形挑流鼻坎体型相比，坎后水流流态及消能效果有了很大的改善。     

威远江水电站溢洪道挑流鼻坎数值模拟优化研究

针对威远江水电站岸边式溢洪道挑流消能存在的问题,采用RNGk~ε双方程模型模拟湍流,利用流体体积分数法(VOF)确定自由水面线,采用非结构网格与自适应局部网格加密的方法,成功地对溢洪道挑流鼻坎挑流进行了三维紊流数值模拟,并利用数值模拟方法对挑流鼻坎的修改方案进行了研究,并经过计算提出了较优方案,并经试验验证得到较好的效果,为威远江水电站设计与优化提供了可靠的设计依据.     

大单宽流量岸边溢洪道水力特性三维数值模拟

采用κ~ε双方程紊流模型模拟了带掺气槽岸边溢洪道具有大曲率水气交界面的水流流场,给出了溢洪道溢流堰、泄槽及挑流鼻坎的压力分布、流速分布等水力特性并对掺气槽掺气特性进行了定性分析.其中部分结果与模型试验结果吻合良好.对连续式和差动式两种不同坎型挑流鼻坎消能效果进行对比,给出各自预挖坑底板紊动能分布,结果表明多股水舌消能效果优于单股水舌,可为挑流坎型优化设计提供参考.     

狭窄河谷斜对流挑流的初步研究

一、前言挑流消能因其简单、经济,采用日益广泛。狭窄河谷地区泄水建筑物采用挑流消能,应防止挑出水舌跌落在狭谷两岸,以免造成岸坡坍塌,影响建筑物安全或造成河床堵塞。狭窄河谷挑流消能较理想的方式之一是:挑出水舌在平面上向河谷轴线收缩,且沿河谷纵向扩散,并挑离建筑物相当距离,能够在过河谷轴线的垂直平面(简称对称面)上相互碰撞就更为理想。为此笔者在研究了鼻坎水流转向原理的基础上(见资料4),提出在泄水建筑物末端,布置适当的变向鼻坎,就可以得到符合上述理想要求的斜对流挑流。     

掺气减蚀槽的消能效果

试验证明设掺气槽后消能作用增加主要表现在：增加泄流沿程消能效果，降低挑流出口流速系数 值，挑距缩短，增加空中扩散消能作用，挑流水舌入池尺度加大，入池水流的能量集度减小。并首次提出了设掺气槽后消能作用增强的计算公式。     

基于响应面法的跌坎消力池优化设计研究

消力池的优化设计一直是水利工程领域的热点课题.为此基于三维CFD数值计算和响应面优化方法,对某水库工程的消力池进行了优化设计.根据响应面法,建立了以消能率和工程经济函数为优化目标,跌坎深度和消力池池长为优化变量的优化模型.研究结果表明:跌坎深度和消力池池长对消能率和工程经济函数影响显著.最优参数组合为跌坎深度7.07m、消力池池长70.0m.优化后的消力池方案在考虑工程造价的基础上消力池内水流流态得到显著改善,消力池消能率得到提升.在优化设计体型下,消力池消能率62.68%,最大出池流速5.27m/s.相比变量区间内消能率最差的体型,在工程经济函数提高17.60%的情况下,消能率提高了20.88%;相比变量区间内的工程量最大的体型,节省30.78%的工程量,消能率仅降低了6.91%.     

越过连续矩形坎的急流自由水面

本文通过系统的物理模型试验,并结合理论分析的方法,研究了越过连续矩形坎的水面流态及坎前自由水面特性。通过动量方程推导了坎前水跃漩滚流态与急流飞溅而过流态时上游控制断面临界佛氏数的理论公式;证明当水流飞溅而过流态时,上游控制断面佛氏数F_(r0)在2.59～6.99范围内,坎前自由水面与佛氏数F_(r0)无关,是相对坎高的单一函数。得到了坎前自由水面受坎高的影响范围及在此范围内无因次水深与相对坎高的变化规律;探讨了用保角变换法求解坎前自由水面抛射角的半经验、半理论公式。最后,探讨了坎前自由水面的一种计算方法。     

窄缝挑坎上最大压力的计算

本文通过试验,首先描述了窄缝挑流的水舌流态;其次根据对一般曲面上水流运动特性的分析,提出了水平底板、挑角为零度的窄缝挑坎上最大压力的计算公式。计算结果与试验结果吻合较好。最后,还对窄缝挑坎底板及侧墙上压力分布的计算进行了探讨。     

跌落水流时台阶式溢洪道消力池跃前断面压力修正系数

台阶式溢洪道与平底消力池连接,在跌落水流流况下,比较跃前断面压力修正系λ=1和λ>1两种情况,当λ=1时消能率普遍偏大,其消能率的相对误差最大可达7%左右,随Hdam/yc增大,误差减小。当坝坡相同、坝高一定时,台阶个数与消能率无关,并不影响其误差的大小。λ值与yp/y1呈现非常好的线性相关性,其相关系数r=0.9999以上。     

消力池尾坎体型对水跃特性的影响

底流消能是水利工程中常见的消能方式之一.本研究以斜坡+竖直坎的消力池尾坎组合为研究对象,设计出9种消力池尾坎体型(不同坡度、不同竖直坎长度),研究尾坎体型对消力池内水跃特性的影响.通过数值模拟,获得了设计工况下各个体型的水面线、消能率、水跃长度、临低流速和尾坎压强分布特性.通过对比分析发现,竖直尾坎的长度直接影响水面线、消能率等水力特性.研究结果表明,通过数值模拟可以提高研究效率,并为实际工程的消力池设计提供重要的参考依据.     

溢洪道除险加固设计中存在的问题及解决方案

针对病险水库溢洪道加固设计,从过流能力、边墙与底板稳定和消能设施等方面分析了原溢洪道隐患的原因。提出进水口拆除改造、边墙加高和下游改建挑流鼻坎等相应加固方案。     

转向冲击墩水力计算与模型试验

阐述了转向冲击墩挑流消能装置的水力计算方法，包括冲击墩附近流场的平面几何关系、与来流弗劳德数相应的允许最大转角、冲击波前后的水深比、波角和作用在转向冲击墩上的动水压力．所有这些计算都考虑了波后非静水压力分布的影响．介绍了某水库非常溢洪道末端转向冲击墩的具体布置方案，它包括3个转向冲击墩（长14．4m、高22．0m、厚2．5m），相应的水力模型试验结果表明所设计的转向冲击墩具有良好的水力特性，所给的水力计算方法是适用的．