公伯峡水电站旋流泄洪洞不同闸门开度运行与原型水力特性观测

对公伯峡水电站旋流内消能泄洪洞进行了不同闸门开度运行的模型试验研究,并与部分原型观测结果进行了对比.闸门开度运行方式不同时,上部通气孔的通气状态与旋流洞的流态不同,泄流量和消能率等水力特性的变化规律也均有所不同,应尽量保证旋流泄洪洞的运行为淹没流态和避免闸门小开度或低水位运行.除上通气孔的风速与通风量以外,下通气孔通气量、风速、导流洞出口平均流速、泄流量和总的消能率原型与模型的观测结果均基本一致.     

阻塞型竖井旋流泄洪洞水力特性研究

为了解决竖井旋流泄洪洞下部出现高速低压而导致的空化空蚀风险，提出在竖井中部设置垂直阻塞的布置形式.主要通过数值模拟的方法，对设置不同收缩度的阻塞竖井旋流泄洪洞的流态、压强、三维流速、空化与消能特性等进行了系统研究.研究结果表明：收缩度不宜过大或过小，过大则泄流能力不足，过小则流场变化不明显.一定收缩度的阻塞有利于减小空径比，增大旋流角，进而增大壁面压强，同时阻塞的存在使得上部旋流合流速与轴向流速减小，这一增压减速效果显著增大了空化数，大大降低发生空化空蚀的风险.另一方面阻塞的设置有效降低了井底水跃与水垫的紊动程度，底板压强值降低，且压强分布更加均匀.虽井底区域消能率有所下降，但旋流区消能率的大幅增加能与之弥补.研究成果充分揭示了阻塞竖井旋流泄洪洞的流场特征，可为其进一步研究应用提供参考.     

由风速和压强过程线解读水平旋流泄洪洞流态

以公伯峡水电站为例,结合原型风速和压强随闸门开度的变化过程线,研究了水平旋流泄洪洞的水流流态.试验系统描述了堰闸段、竖井段、起旋室、旋流洞、水垫塘及退水洞内水流流态的变化过程,对比分析了原型和模型流态的差异.结果表明受收缩环的影响,在闸门开启过程中堰闸段水流由堰流向淹没流过渡,竖井段水流由自由跌落向淹没射流过渡;旋流洞内流态的变化大致可分为五个阶段,经历由自由流向吸吮流转变的过程;水垫塘调整流态的作用显著,退水洞内水流呈稳定的明流流态.     

泄水建筑物中突扩突跌体型侧墙上的水力特性

为保证池水建筑物侧墙的稳定与安全,通过模型试验研究了突扩突跌体型的侧墙上的水力特性。采用比尺为1¨30的水工模型,在高流速条件下观测了侧墙水流流态、通气量、掺气浓度及时均压力分布。试验细部结构特征,发现侧空腔内的反射回漩流和突扩弧形面上的白色蚀带。侧墙等压线分析发现:侧墙水流冲击带是引发或影响各种侧墙水力特性的主导因素,冲击带水流向上游反射,缩小了侧空腔的有效通气面积;冲击带水流的折冲作用,可能诱发侧墙空化空蚀破坏。     

公伯峡水电站导流洞安全监测分析评价

公伯峡水电站导流洞下闸蓄水1个月后对导流洞导0+159 m-导0+214 m段进行了封堵,但导流洞导0+214 m下游段改建为右岸旋流式泄洪洞下平洞段的漩流洞、水垫塘和退水洞,为此导流洞导0+214 m以下洞身段安全运行直接影响右岸泄洪洞泄洪.文章对公伯峡水电站导流洞导0+214 m以下洞身4个监测断面监测资料进行全面...     

阻塞对水平旋流泄洪洞水力特性的影响

通过模型试验,对旋流阻塞复合式泄洪洞的流态与水力特性进行了研究.研究结果表明,在竖井为有压流的条件下,旋流阻塞复合式泄洪洞的流态可分为阻塞完全与阻塞不完全空腔旋流二种基本流态;设置阻塞后,泄洪洞的流量有一定的减小,水平旋流洞段的壁面压强增大、旋流角增大,空腔直径减小,通气量变化规律更为复杂.设置阻塞后,除泄流量有一定的减小而对工程不利外,其它的阻塞效应均对工程有利.因此利用其阻塞效应,可进一步降低结构设计与防护措施,降低工程风险,提高消能率.     

水平旋流泄洪洞的综合水力特性

通过模型试验,研究了水平旋流泄洪洞的基本流态、基本水力特性、流速分布与压强分布特性。水平旋流泄洪洞的流态可分为自由流、吸吮流和淹没流三种基本流态,各种水力特性的变化均与流态有关,也具有明显的分区特性。水平旋流洞切向流速沿径向的分布可以看成组合涡分布,轴向流速为最大值靠近壁面一侧的二次曲线分布。流速和壁面压强分布随上下游水位的变化趋势在各种流态下是相同的,但在具体规律上因流态不同而有较大的差异。     

基于CFD的水轮机导叶空蚀研究

针对水轮机导叶的磨蚀破坏问题设计了模型试验,应用流体动力学控制方程和标准的k-ε湍流模型方程对不同导叶开度工况进行了数值模拟,结果表明模型试验导叶开度在15°到20°时可能发生空化,且主要空化区域为导叶侧面中部,以此区域作为空蚀防护的主要检测区域;在0°-20°范围内随着导叶开度的增大,空化空蚀越严重。计算结果与试验十分吻合。     

竖井旋流式溢洪道消能及空化特性

为解决旋流式溢洪道壁面负压及其产生的空蚀问题,提出一种无通气孔的新型竖井旋流式溢洪道,并通过物理模型试验及数值模拟计算对其消能及空化特性进行研究。研究结果表明:无通气孔竖井旋流式溢洪道利用进水隧洞净空余幅作为掺气设施,使下泄水流卷携大量空气进入竖井内形成稳定掺混空腔,在竖井井壁摩擦剪切作用及旋转水流相互碰撞下,水流紊动加剧,显著提高掺气浓度及能量紊动耗散,有效解决旋流式溢洪道中易出现的空蚀破坏、消能不充分等问题。     

空化水流相似模拟及空蚀预防的解决途径

空化水流相似模拟的主要目的，是预见水工泄水建筑物等空蚀、空化的危害程度并提早进行有效预防。总结和归纳前人在空蚀空化水流方面的研究理论与实践经验，考虑了原型与模型运动水流中绝对压强的缩尺效应及影响，从气水两相流应遵循的重力相似性运动的物理学原理及外部边界条件出发，再借鉴有关基础学科理论，尝试性地重新定义了合理模型下的空化相似数、空化强度及分类标准，并提出减压模型试验规则，以期用于水工等领域的空蚀空化预测研究。