一级直线边墙窄缝挑坎参数选择与冲坑深度估计

以理论关系为基础给出了一级直线边墙窄缝挑坎的边墙收缩角、收缩比和挑坎出口底板竖向挑角的确定方法，对任意选择的6个工程采用建议方法得到的计算值与它们的选用值一致；还给出了估计窄缝挑坎后冲刷坑深度的经验表达式，计算结果与几个文献中的实测结果基本一致．     

窄缝挑坎底板压力分布的数值分析

通过对乍缝批坎收缩段水力特性的分析，提出了底板压力分布的二维数学模型。计算结果表明，本文数值分析方法能够反映窄缝挑坎收缩段的水力特性，底板压力分布与模型试验结果比较吻合。     

高拱坝深孔窄缝挑坎水舌空中运动特性及抛距计算

窄缝挑坎应用于高拱坝深孔后,其出射水流内外缘抛距是确定拱坝下游消能水垫塘长度的重要依据.结合窄缝挑坎应用于高拱坝深孔后的水舌空中运动特性,依据几何相似原理和自由抛射体运动原理,建立了其内外缘抛距的计算方法,计算结果同模型试验结果吻合良好.     

以抛射体理论计算窄缝挑坎理论挑距

窄缝式挑坎挑角θ一般采用-14°～10°;θ以小于或等于35°为宜。而外缘增加的出射角θ是一个新概念,它与β的变化关系是通过模型试验得出的。根据试验推荐的数据进行理论计算,其结果和实际运行情况基本吻合,说明所得公式有一定的精度。     

圆弧形鼻坎挑射流空中消能率的试验研究

运用量纲方法分析了圆弧形鼻坎挑射流空中消能率的影响因素,采用两个系列共5种圆弧形挑流鼻坎模型,研究空中消能率与鼻坎体型参数和射流起挑断面弗劳德数的关系。试验结果表明起挑断面弗劳德数和鼻坎挑角对空中消能率的影响较大,相对反弧半径对空中消能率的影响可以忽略。据试验数据拟合的空中消能率的计算公式是鼻坎挑角和起挑弗劳德数的函数,拟合公式计算值与试验值的误差小于8%。     

窄缝挑坎收缩段急流冲击波及其控制水深的计算

本文首先对适用于宽浅明渠的伊本冲击波理论进行了分析,并给出了计算波角的近似显函数解析表达式,改变了长期以来通过查图计算波角的方法。然后将其修正并应用于窄缝挑坎收缩段急流冲击波的水力计算中,给出了波角及收缩始端波前下游水深的半经验计算式,最后还给出了挑坎末端控制水深的计算式。这些成果可供设计时参考。     

舌形挑流鼻坎水力特性研究

基于拱坝表孔泄洪的水槽实验,分析了舌形挑坎曲率和挑角的变化对水流横向扩散及下游水垫塘底板时均压力的影响。在不同泄流量和下游水深条件下,对不同曲率和挑角的舌形挑坎以及常规挑坎进行了比较研究。结果表明,水流经过舌形挑坎时流态稳定,水舌横向扩散明显。在挑坎末端高程相同的条件下,下泄流量较小时,曲率和挑角越大,水舌单宽流量的横向分布越均匀,水垫塘底板最大时均压力越小;大泄流量时,曲率和挑角不宜过大,以保证水舌扩散效果。     

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%。     

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.     

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.     

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.     

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．     

掺气挑坎下游气泡输移的研究

本文采用理论分析、数值计算和试验相结合的方法,对斜坡挑坎空腔下游气泡输移问题进行了研究,斜坡挑坎是掺气减蚀中体型简单应用普遍的一种措施,实际的掺气浓度分布与本文计算结果比较吻合.     

“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.     

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。     

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。     

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。     

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.     

不同入水仰角对底流跌坎型消力池水力特性影响试验研究

采用水工模型试验对跌坎型底流消力池这一较新型的底流消能方案进行研究.重点研究反弧段不同的入水仰角角度,对跌坎消力池内的水流特性及消能效果的影响.研究表明与跌坎相接的反弧段仰角为5°～10°时,可以使消力池内水流更快趋于平稳,降低临底流速,并减小底板所受冲击压力和防冲保护难度.论文研究成果对如何确定跌坎消力池反弧段挑角角度具有工程意义.     

低水头缓坡溢洪道挑坎体型优化试验研究

某低水头电站因工程需要采用的缓坡溢洪道挑流消能效果不理想,对右岸岸坡和河床冲刷较为严重.试验研究了两种挑坎体型下出坎水舌形态、落水点及对下游河床的冲刷,推荐采用的差动坎方案能使水流纵向扩散更充分,减轻水流对下游的冲刷,消能效果显著.论文对该类工程泄洪消能设施布置原则进行了总结,对类似工程有借鉴意义.