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。     

消力池消能效果影响因素的研究

通过VOF(volume of fluid)方法,模拟了水闸泄水时消力池内的流场情况。通过慈溪龙山排涝出海闸工程实例对模型精确性进行校核,在此基础上对消能效果的因素进行了研究。结果表明增加消力坎角度、消力坎高度和泄水水头高度可以增大消能率;结论可为低水头泄水工程的设计提供依据与参考。     

一种新型消力池布置形式——多股水平淹没射流

在对消能机理较深认识基础上提出了一种既有高消能率,又能明显减小消力池底板冲击压力及临底流速的新型消力池布置形式,它明显不同于底流消能．这种新的布置形式有较高消能率的原因是人为制造了更多的剪切消能区;能明显减小消力池底板冲击压力及临底流速的原因是在合理的体形下,能保证入池水流以近似水平的方向,以射流的形式在消力池内运动,避免了高速水流直接冲刷消力池底板．通过大量的模型试验研究后发现,水平方向窄而垂直方向厚的入射水流适应水位变化的稳定性较好,能始终保持水平淹没射流状态,宽而扁的水舌适应水位变化的稳定性较差,容易随下游水位的升高或降低而潜底或上漂．采用数值模拟的方法对这种新型消力池的水力特性进行了较为深入的研究,消力池水面线、临底流速以及底板压力等的计算结果与试验结果符合较好,结合模型试验及数值模拟,对这种消力池的流态进行了较为详细的分析研究,得到了不同情况下比较详细的流场特性,与实验现象极为吻合．     

“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.     

悬栅消力池内水跃的数值模拟

悬栅消力池是一种能够降低池内最大水深的新型消能设施.为了探索悬栅消力池的作用机制,采用标准k-ε湍流模型对悬栅消力池和无悬栅的消力池内水跃进行了二维数值模拟,自由水面采用VOF方法确定,得到了消力池内水跃的流场结构、自由水面和底板压强分布.实测结果验证了数学模型和数值方法的合理性.通过两种消力池计算结果的对比,对悬栅消力池为何能够降低池内最大水深和提高消能效果提出了解释.     

山区公路排水急流槽冲刷试验

对急流槽出口衔接后冲刷坑最大冲深影响因素进行了分析。运用水力学基本原理建立急流槽出口衔接后最大冲深计算公式，试验得出按泥沙临界起动条件计算时的不同急流槽消能设计冲坑底紊动影响系数。结果表明：相同水力条件下，跌坎急流槽直接铺砌最大冲深大于斜插急流槽直接铺砌最大冲深；跌坎急流槽双消力池出口护坦衔接最大冲深大于跌坎急流槽单消力池出口护坦衔接最大冲深；跌坎急流槽单消力池出口护坦衔接最大冲深最小。     

新疆五一水库溢洪洞底流消能模型试验研究

根据工程建设需要,对新疆迪那河五一水库溢洪洞消力池消能进行模型试验。对其消能防冲的布置从调整梯形墩位置个数、尾坎高度、T型墩位置个数等不同角度出发进行试验。根据试验结果,提出采用了梯形墩和悬栅联合布置的最佳设计方案。梯形墩和悬栅的联合运用为辅助消能工的结构设计和其他同类工程优化消力池提供参考。     

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.