高扩散低收缩差动坎高坎空中挑射水舌运动特性

采用k~ε双方程紊流模型,对高扩散低收缩差动式挑坎空中挑射水舌进行了三维数值模拟,给出了扩散高坎空中挑射水舌的扩散规律、流速分布等结果,并与连续式挑坎空中挑射水舌运动特性进行对比分析,二者趋势吻合很好.结果表明:扩散高坎水舌沿程空中垂向扩散规律满足线性分布,其扩散厚度比连续式挑坎小;扩散高坎水舌截面速度分布规律与连续式挑坎相似,均近似符合正态分布,但速度沿水深方向较连续式分布更均匀.     

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。     

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。     

溢流拱坝纵向扩散挑流

应用鼻坎水流转向原理,提出在溢流拱坝末端布置适当的变向鼻坎,即可得到纵向扩散挑流。     

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。     

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.     

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。     

基于正交试验泄洪放空洞掺气坎特性数值模拟研究

在泄洪放空洞的设计中,通常会设置掺气坎达到掺气减蚀的效果.合理的掺气坎结构设计能够在掺气坎底部形成良好的掺气空腔.设计L16 (5⁴)正交数值模拟试验,通过试验结果可知,随着坎高、挑角、流量和下游坡度的增加以及上游坡度的减小,挑距、净空腔均增加,空腔形态明显优化.对于挑距,影响程度：下游坡度>坎高>水平挑角>来水流量>上游坡度;对于净空腔长度,影响程度：坎高>下游坡度>水平挑角>上游坡度>来水流量;对于回水高度,影响程度：坎高>来水流量>下游坡度>水平挑角>上游坡度.     

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.     

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.     

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．     

变坡处掺气坎空腔回水研究

采用断面模型试验研究了变坡处掺气设施的空腔回水问题、指出可能存在掺气挑坎临界高度,挑坎高度小于临界值,淹没水深与挑坎高度成正比关系,挑坎高大于临界值,淹没水深与挑坎高度成反比关系：可采用高跌坎间接提高底空腔进气口高度的方法消除或减轻空腔回水的不利影响;通过试验发现,坎前水深一定时,淹没水深与各水力参数基本成近线性规律变化．最后和整体模型试验结果进行对比,指出对空腔回水的研究不受比尺大小的影响．     

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。     

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%。     

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.     

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.     

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%。     

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．     

初探挑流冲深的模糊估算

鼻坎下游的挑流冲刷受众多因索影响,由于现象复杂和不确定性,冲刷具有某种模糊性,可用模糊集理论估算冲深.单宽流量、水头落差和岩床特性为最重要的因素,由154组原型数据和270组常用公式"咨询数据"形成了挑流冲深数据库.对一定的水力条件和岩床特性可用模糊模型估算挑流冲深.对几个原型的估算值与实测值所进行的比较表明,该模糊模型的估算是合理的.