宽尾墩—跌坎消力池脉动压强试验研究

宽尾墩与跌坎消力池联合消能使跌坎消力池内的水力参数更加复杂,研究消力池底板的脉动压强特性对宽尾墩体型设计具有参考作用.基于模型试验研究5种收缩比(a=0.38;0.44;0.50;0.56;0.62)Y型宽尾墩与跌坎消力池联合消能下消力池的脉动压强特性.试验结果表明：脉动压强峰峰值可以达到设计水头的1.03～1.36倍,收缩比的减小可以削减峰峰值,消除跌坎后的负压;消力池底板脉动压强均方根沿程呈现单峰与双峰型,最大脉动压强系数出现在跌坎之后,减小收缩比使消力池主要脉动消能区域增大前移,最大脉动压强系数降低;脉动压强概率密度基本符合正态分布,存在正偏与负偏现象,水流速度偏向底板为正,偏离时为负;消力池底板脉动压强主要由10 Hz以内的低频脉动组成,随着收缩比的减小,消力池前端的脉动能量增大,后端脉动能量减小.     

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.     

消力池尾坎坡度对底板脉动压强特性的影响试验研究

消力池底板脉动压强特性对消力池底板安全稳定具有重要意义,基于模型试验研究4种尾坎坡度(i=1∶0.5、1∶0.75、1∶1、1∶1.2)消力池的底板脉动压强特性,为消力池的设计提供参考.试验结果表明：消力池底板脉动压强概率密度分布函数基本服从正态分布,相比标准正态分布,其峰更加高瘦,且有正偏或负偏现象.消力池尾坎坡度增大,底板最大脉动压强强度系数减小,优势频率降低,底板前部与后部的脉动压力差值减小,尾坎附近(X/L>0.81)测点区域脉动压强瞬间空间相关系数减小、涡旋的保持性降低、脉动能量集中的频带变宽,消力池前、中部(X/L<0.61)测点区域脉动压强相关系数增大、空间积分尺寸增大,涡旋保持性增强.     

跌扩型底流消能水力特性的数值模拟研究

多股跌扩型底流消能是一种新型消能方式,消力池内紊流特性复杂。本文对多股跌扩型底流消能工建立了三维紊流数学模型,采用非均匀结构网格技术对模型进行网格划分,利用RNGk-ε紊流模型和VOF自由表面追踪法对其进行高精度数值计算,得到了消力池内水流的水力特性:当表孔和中孔联合泄流时,消力池后段的临底流速较低,流速梯度改变较大,消力池底板及跌坎附近形成了强度和尺度各异的游离性和间歇性漩涡,紊动能消逝迅速。由此可见,此种消能工的消能效果显著,能有效解决高水头、大单宽流量消力池水力学指标过高的水力问题。     

跌坎消力池临底流速试验研究

基于模型试验结果,分析比较了跌坎消力池与传统消力池的临底流速分布以及最大临底流速分布特性.分析结果表明:跌坎消力池临底流速分布为谷峰型;在其他条件一定时,随着跌坎高度增加,消力池最大临底流速减小;随着入池能量的增大,射流能量增大,到达底板的最大临底流速也相应增大;仅改变跌坎消力池的入池角时,随着入池角的增大,跌坎消力池最大临底流速相应增大.研究结果可为跌坎消力池的设计提供参考和指导.     

水垫塘异型构造底板缝隙水流脉动压力特性研究

水垫塘作为保护下游河床的结构,其自身在高速水流冲击下的安全性是实现消能和防冲目的的关键所在.优化水垫塘底板的结构设计对于整体结构稳定性就具有一定的实际研究价值.以某水垫塘为背景,基于模型试验结果,研究了异型构造底板缝隙处水流脉动压力特性.分析了板块增设键槽前后下表面脉动压力的分布规律、概率特性以及互相关特性和频谱特性,进而从缝隙水流脉动压力的角度分析键槽的增设对底板稳定性的意义.研究表明:在水跃稳定区,带键槽板块间下表面脉动压强系数较不带键槽板块有明显减小趋势;带键槽板块可能产生的脉动上举力较小;增设键槽后,涡旋的保持性和平均尺度增加,板块间相互联系增加;脉动压强的功率谱密度曲线向更低频移动.     

跌坎消力池尾坎坡度对泄洪消能影响的三维数值模拟

采用的k-ε双方程紊流数学模型与VOF法追踪自由水面,对中低水头胸墙闸坝式跌坎型消力池在三个尾坎坡度下的泄洪消能进行了三维数值模拟研究.模拟计算了正常和设计水位情况下三种局开运行工况的消力池水力特性,获得了消力池底板压力、流场分布、沿程水面线、紊动能及紊动能耗散率等水力参数的变化规律.数模计算结果显示,尾坎坡度对消力池的泄洪消能效果较为敏感.尾坎坡度变陡会明显提高消能效果,对来流无推移质的消力池可适当加大尾坎坡度,有助于提高消能率及适当缩短消力池长度,但尾坎坡度越大,出池水流向上壅水的趋势越明显,如果尾坎下游河道水位偏低,则出池水流可能形成较明显的二次跌落,对尾坎后河床造成一定的冲刷,因此消力池的尾坎坡度需要结合下游河道水位情况综合考虑,做到在提高消力池的消能率的同时,尽量避免出池水流较大的二次跌落,确保出池水流与下游河道水流平顺衔接.论文研究成果可供类似工程参考.     

公路排水跌坎急流槽新型消力池出流冲刷试验

为增加公路排水跌坎急流槽安全稳定性,对公路排水跌坎急流槽常规跌水消力池及3种新型跌坎消力池出流冲刷模型进行试验.结果表明:跌坎高度、水流相同时,跌坎急流槽消力池后冲坑最大冲深从小到大依次为跌水台入流消力池、副消力池出流消力池、台阶出流消力池和常规跌水消力池;跌坎急流槽消力池跌水台入流消力池构造深度越深,出流后冲坑最大冲深越小,而常规消力池构造深度越深,出流后冲坑最大冲深越大;从工程安全与经济考虑,跌水台入流、台阶出流消力池结构形式可大大减少消力池工程开挖量,消能设施稳定性明显增加;3种新型消力池可大大缩短出流后加固铺砌长度,综合使用后减冲防灾效果更为显著.     

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.     

射流冲击下水垫塘边墙衬砌块受力的实验分析

为研究挑跌流消能中水垫塘边墙衬砌块的受力问题，在乌江构皮滩模型的水垫塘边墙上布置了五个测点，运用上举力测量仪量测板块所受的上举力。运用瞬变流理论分析上举力时均值的产生机理。运用随机信号理论分析了上举力最大脉动均方根值的影响因素，通过实验确定其中的参数，并对上举力沿程分布特性进行了归纳分析。为探讨边墙衬砌块的破坏机理和设计提供了科学依据。     

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.     

用附加动量理论分析掺气分流墩与消力池联合消能机理

用“附加动量”水跃理论分析了掺气分流墩与消力池联合应用的消能机理，用跃后水深、水跃长度或单宽水跃容积减少的百分数，估计新增消能设施的经济效益。并通过模型试验验证了消能的理论分析，计算了新增设施的消能量、跃后水深、水跃长度或单宽水跃容积减少的百分数。结果表明，采用掺气分流墩设施，可增进消力池的消能作用，并取得显著的经济效益，达到了附加动量水跃理论所预期的效果。     

水流对尾槛的冲击力

泄水工程中大量应用设置尾槛的消力池,水流对尾槛冲击力的研究,国内外多采用模型实验和经验公式的方法,现从动量理论出发探讨了水流对尾槛的冲击力,并对现行规范提出一些看法。     

二元淹没射流脉动壁压的相关与频谱特征

用实验和相关理论分析方法，探讨二元淹没射流作用下壁面脉动压力的相关关系与频谱特征，提出点面脉动压力频谱转换的计算方法。     

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。     

“戽底设窄缝混合消能”在桥巩水电站低坝的应用

把收缩式消能工用在低坝戽式消力池里进行混合消能,水工模型验证结果表明,同样取得显著的消能效果,还使消力戽具有自我清理推移质的能力。     

水跃消能对闸基渗流稳定的影响分析

水闸泄洪时,下泄水流的势能转化为动能,导致出闸水流的流速增加和水面下降,从而形成附加渗透水头．研究了闸孔泄洪条件下水跃区附加渗透水头对闸室基底渗流稳定的影响,结果表明：为保证工程安全,在进行闸基的防渗布置时不仅要考虑静态渗透水头的作用,还应考虑下泄水流水位变化所引起的附加渗透水头对闸基渗流稳定的影响．提出了减小附加渗透水头的工程措施,冒水孔应设置于消力池末端,而将消力池前段设为不透水底板,以利用跃后高水来提高渗流出逸点的压力水头,从而达到减小附加渗透水头的目的．     

二元混合流床面剪应力特性的初步研究

本文叙述用Preston管量测的二元混合流各典型流态的床面剪应力分布,结合实验结果,对二元混合流名典型流态的床面摩阻特性进行了理论探讨。在此基础上,对特例混合流床面摩阻特性进行了定量分析。     

噪声对水跃区脉动压力的影响及处理方法

在模型试验中,由于各种噪声的存在,常使水跃区脉动压力信号产生畸变,需要一定的处理方法来还原真实信号．为此,应用信号分解和自适应滤波方法对水跃区脉动压力信号进行研究和处理．结果表明,水跃区脉动压力信号包括真实信号和噪声2部分,而噪声一般包括背景噪声、电噪声和传感器振动所产生的附加脉动压力噪声3个部分,其中附加脉动压力噪声不可忽略．自适应滤波可以有效地滤除附加脉动压力噪声使信号得到很好的还原．该方法和结果为脉动压力模型试验布置、测试及数据处理提供了有益的技术参考．