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。     

水电站泄流诱发厂房结构振动响应预测

水流强烈紊动能够诱发水工建筑物的振动破坏.为尽可能减小失事危险,确保大坝安全运行,寻求某种方法利用较少的实测数据全面掌握水电站的振动状况成为关键.分别将粒子群优化(PSO)算法、遗传算法(GA)和果蝇优化算法(FOA)与径向基(RBF)神经网络相结合,来优化RBF扩展参数.根据某水电站泄洪表孔、排沙孔泄流时的现场实测数据,运用主成分分析法选择对厂房结构振动影响程度较大的足够多且不多余的关键因子构建神经网络,来预测厂房结构在其他未知工况下的振动情况.结果表明:PSO-RBF、GA-RBF和FOA-RBF这3种方法预测效果均良好,适合运用于泄流诱发水电站厂房结构振动响应的预测研究中,其中FOA-RBF方法的稳定性及泛化能力最强,可为其他类型电站的振动研究提供参考.     

立洲水电站表孔体型优化试验研究

立洲水电站具有河谷狭窄、落差较大、单宽流量也较大等特点,泄洪消能是该水电站的设计和建设中非常突出的关键性技术问题.立洲水电站采用拱坝的1个中孔、2个表孔和水垫塘消能.如果表孔体型优化不当,会造成泄流能力下降,落水冲击岸边,水垫塘底板冲击动压大,泄洪雾化严重.经诸多方案的试验比选,最终推荐方案使坝身表孔水流沿程横向收缩、纵向扩散,在空中呈窄而高且长的流态,从而与中孔的水股互相穿插而不发生碰撞或少碰撞,减弱了因水流空中碰撞所造成的泄洪雾化,落水不再冲击岸边,同时使水垫塘底板冲击动压处在较低的范围内.     

多股挑、跌流水舌作用下基岩冲刷平衡深度

分析了多股挑、跌流水舌在水垫中扩散的水力特点 ,提出多股水舌在完全混合扩散区能量汇聚 ;以卡里巴、塔贝拉等工程原型冲坑资料为准 ,引入基岩抗冲水深 ,提出多股挑、跌流水舌作用下冲坑水深的估算方法 ;用小湾表、中孔多股挑、跌流作用下的试验值进行比较 ,表明预报公式可行。研究成果供水垫塘设计参考     

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.     

水垫塘底板冲击压强分布特性试验研究

控制水垫塘底板的冲击压力对于水电站泄洪安全具有重要意义,尤其是对于高水头、大流量、窄河谷的水利工程。该文结合中国西南地区大型水电站泄洪消能的实际进行物理模型试验,对电站原方案下水垫塘的冲击压强进行了试验分析。提出了改变表孔齿坎布置的3种改进方案,进行了冲击压强试验。结果显示,改变表孔的齿坎布置是减小冲击压强的一种可行方法。还得到了最优的表孔齿坎布置方案,测量了水垫塘内的流速分布,分析了水垫塘内流态。该结果可用于该大型水电站的泄洪消能设施设计。     

高坝下游水垫塘中三种典型流态的数值模拟

用垂向二维k-ε紊流模型数值模拟了高坝下游水垫塘流场结构,并与实测流速值进行了比较.研究结果表明,用该模型及相应的k-ε紊流模型边界条件模拟是可行的.采用该模型分别模拟了下游水深降低、水舌入水角变化时水垫塘内的流场结构,得出了自由冲击射流、淹没冲击射流和面流三种典型流态,描绘了三种流态下水垫塘流体质点的迹线特征,给出了流速、动水压差、紊动能和耗散率的分布规律.研究结果表明,水垫塘应避免出现自由冲击射流流态,可以通过加大水垫深度、减小入水角、控制流态来实现淹没冲击射流或面流流态,以降低底板动水压差、紊动能和耗散率,保证水垫塘的安全运行.     

高拱坝水舌作用下水垫塘流场的二维数值模拟

应用RNGk-ε紊流数值模型,采用二维VOF方法,对溪洛渡拱坝表孔泄洪和表深孔空中碰撞泄洪两种工况下的水垫塘流场进行了数值模拟,给出了水舌从空中抛射或碰撞,下泄至水垫塘并发展到塘内流动稳定的全过程以及流动稳定后的水垫塘流速矢量和底板压强分布图、水垫塘底板最大压强和近壁最大流速的脉动过程.计算结果与溪洛渡相应的实测值以及其他文献计算的最大底板压强和近壁流速吻合较好,说明数值计算方法合理且结果可靠.     

高拱坝挑流水舌左右碰撞作用下河床基岩冲刷平衡深度的数学模型

应用紊动射流理论和水流动量方程,建立了高拱坝挑流水舌左右碰撞作用下,考虑水舌空中扩散三维性、漏碰流量以及碰撞能量损失的河床基岩冲刷平衡深度的数学模型。试验验证模型是合理可行的,对高拱坝挑流水舌碰撞作用下的水垫塘设计和应用具有参考意义。     

导向管底部泄流孔水力损失计算分析

核燃料组件导向管底部泄流孔的水力损失系数对控制棒落棒时间和落棒速度有着重要影响。在落棒问题分析中,能否采用叠加理论计算泄流孔的水力损失,必须进行具体分析和论证。采用CFD方法对"突缩-突扩"型和"突缩-突缩"型两类四种泄流孔在不同流速下的水力损失进行了数值模拟计算,并与理论计算结果进行了对比。计算结果表明,对于流道内未充分发展的流动,理论计算结果与数值模拟计算结果存在一定差异。     

枯季梧州流量对龙滩水库泄流量的响应关系

枯季利用西江上游龙滩水库调节控制梧州流量以满足珠江河口压咸补淡的要求,是近年来保障河口地区供水安全的重要工程措施.文中将龙滩水库泄流过程与区间流域的自然径流过程作为整体统一考虑,利用数字流域模型建立龙滩-梧州区间无控开放性流域的降雨径流模拟分析系统;通过数值试验,分析了区间流域径流过程影响下梧州流量对龙滩泄流的响应关系.结果表明,龙滩泄流量是枯季梧州流量的主要组成部分,梧州流量与龙滩泄流量具有很好的线性关系,在枯水年和偏枯水年,龙滩最小压咸泄流量分别需要600m3/s和800m3/s;梧州流量对龙滩泄流的响应过程与龙滩泄流量及其变化有关,泄流量越大,变化越迅速,梧州流量的响应时间越短.     

白山坝下游水垫塘水力特性研究

本项试验研究对白山坝下游不同布置体型的水垫塘内水流进行了观测，研究了水垫塘体型对消能的影响，选择确定了能较好地适应水舌入射角为25°～45°的开阔型水垫塘．试验成果表明,水垫塘中的流态直接影响着水垫塘内消能和底板的受力，脉动压力的大小直接影响着板块的稳定性．在水垫塘底板结构设计中，应综合考虑脉动压力、渗透力的影响．本项试验研究对白山坝下游不同布置体型的水垫塘内水流进行了观测，研究了水垫塘体型对消能的影响，选择确定了能较好地适应水舌入射角为25°～45°的开阔型水垫塘．试验成果表明,水垫塘中的流态直接影响着水垫塘内消能和底板的受力，脉动压力的大小直接影响着板块的稳定性．在水垫塘底板结构设计中，应综合考虑脉动压力、渗透力的影响．     

高拱坝表孔及中孔挑流水舌上下碰撞作用下基岩冲刷

分析了表孔及中孔挑流水舌上下碰撞能量损失、 3 -D扩散和漏碰等水力特点 ,用动量方程和水舌空中扩散宽度沿程变化规律导出 3 - D碰撞流速、碰撞效率和碰撞能量损失 ,得出碰撞最佳水力条件。分析碰撞水舌对基岩冲刷特点 ,提出表、中孔水舌上下碰撞作用下基岩冲刷平衡深度估算方法。小湾表孔、中孔碰撞工况下基岩冲刷试验表明 ,预报值和试验值在各级库水位下基本吻合。研究表明预报方法可行的     

有局部边界约束的明流泄洪洞泄流特异性与水力优化研究

洞、渠组合的长距离泄流系统受大变幅水流条件的影响和局部边界约束,沿程流态十分复杂,因此泄流安全的研究十分必要.本文借助水力模拟与理论分析,以某抽水蓄能电站水库的明流泄洪洞、渠系统为例,研究了复杂运用条件的水力学特性.研究发现泄流过程中因边界约束出现的洞内水跃使跃后缓流段过流能力剧减,引发洞内壅塞与明渠局部漫溢,出现水深随流量改变呈驼峰曲线变化的泄流特异性.这一特异性与洞内水跃的发生及当地的流态转换密切相关,表现为无量纲水深与水流Fr的波状函数关系,相应的特征水深则随Fr呈幂函数规律变化.针对洞内水跃引发的洞内壅塞与明渠漫溢等泄流安全问题,基于多目标、多约束条件的水力优化分析,提出了"抑制洞内水跃强度、控制流量与流态协调性"的泄流运行原则,并据此对泄流系统进行了体型优化.试验研究表明通过调整泄流系统的纵横剖面,协调各段的泄流能力与流态,控制特殊部位的水流能量关系,可以有效削弱、控制局部边界约束引发的泄流特异性,消除洞内壅塞,满足复杂水流条件下的泄流安全要求.     

高拱坝深潭型水垫塘数值模拟研究

高拱坝工程为满足下泄水舌的挑距和淹没水跃长度的要求,水垫塘往往较长,而在水垫塘消能过程中实际参与进来的水体并不多,为此提出一种长度较小且能够集中消能的深潭水垫塘.以溪洛渡水电站为研究对象,采用RNGk-ε三维紊流数学模型对八深孔泄洪工况下反拱和深潭水垫塘进行数值模拟研究,首先把反拱水垫塘的流速及拱底板压强的计算值与相应...     

高拱坝表深孔碰撞泄洪消能水力特性

高拱坝坝身宣泄洪水产生高速水流,水流下泄时会对水垫塘底板产生极大的冲击压力.为保证下游冲刷安全,在有足够的深水垫消刹能量的同时,还需通过水舌在空中消耗部分能量.通过表深孔同轴碰撞的泄洪消能布置方式,研究不同表深孔流量比工况下水流特性及底板动水压强等水力特性.结果表明,表深孔上下水舌在空中碰撞、掺气,削弱射流的集中强度,...     

基于泄流响应的高拱坝振源时域识别

高坝泄流诱发坝体振动的振源识别一直是水利界所关注的课题之一．在小波理论、结构动力学及随机振动理论的基础上,提出了基于小坡正交算子变换的多振源反分析方法,并结合水工结构的特点,探讨了进行振源识别时所需注意的关键技术问题．以拉西瓦拱坝水弹性模型为研究对象,通过少量测点的动位移实测值,反分析各等效激励荷载时程,进而对拉西瓦拱坝的流激振动进行全面评估,为拱坝结构的动态监测和损伤诊断提供了基础．     

高拱坝下游水垫塘内流场的数值模拟

运用带自由表面的三维k-ε气液两相紊流数学模型,采用质量分配的方法概化由于设有齿坎且高程不同的泄洪表孔而形成的复杂水舌形态,模拟了某水利枢纽水垫塘内斜向淹没冲击射流形成的气液两相流场,计算得到的底板时均压力分布与物理模型试验实测结果符合较好.通过数值模拟给出了水垫塘内斜向淹没冲击射流流态和纵横断面上的水气体积分数分布.数学模型弥补了模型试验对水垫塘内部水流流态及有关重要水力学参数难以观测与测量的不足,有助于分析判断泄水建筑物布置的合理性与水垫塘的消能效果.     

均速管在两相流测量中总压孔开孔位置的确定方法

本文根据均速管流量计在气(汽)液两相流测量中存在的问题,提出了利用两相流速分布规律重新确定总压孔开孔位置的改进方法。针对垂直上升圆管中气液两相流的速度分布式,具体给出了开孔位置的计算方法及结果,由此得到的均速管如被用于两相流测量,在测量精度、测量范围上都有所改善。     

高水头大流量作用下反拱水垫塘弹性单底板块振动规律研究

对反拱水垫塘单底板块振动特性进行了理论分析,提出了在止水破坏、锚固力失效后,拱圈单底板块失稳分为自由振动、锁定、滑动变形及失稳破坏4个过程。对高水头、大流量作用下,反拱圈弹性单底板块的振动特性进行了试验研究,给出底板块沿流程各振动区域的划分界限,得到拱圈单底板块振动特征值沿流程分布规律及时域和频域特性,为反拱水垫塘失稳机理的研究提供了科学依据。