泄洪洞反弧末端掺气减蚀研究

对高水头、大单宽流量、低佛氏数、小底坡长明流泄洪洞，在反弧段末端采用常规的掺气坎往往难以取得理想的掺气效果，同时，反弧段下游边墙易出现空蚀破坏。本文在大比尺模型试验的基础上，提出了竖向、纵向及横向三维均连续变化的新型掺气坎，并对比分析了掺气坎三维体型的变化对掺气特性的影响。试验表明，空间三维连续变动的V型坎能使挑射水流形成连续变化的空腔长度，较二维掺气坎在上述特点的泄洪洞中能形成稳定的空腔形态、减小空腔回水并提高挟气量。试验同时表明，泄洪洞反弧末端掺气坎后空腔段水流动水压强小、水流空化数低，容易出现空化；同时，反弧段下游水流表面自掺气尚不够充分，底部强迫掺气尚未充分扩散，致使反弧段下游附近边墙存在较大范围的掺气盲区，从而容易导致反弧段下游边墙的空蚀破坏。     

V型掺气坎在龙抬头式泄洪洞中的应用

本文通过试验研究,从掺气坎后空腔区的三维形态考虑,提出了一种新型V型槽式掺气坎(简称V型坎),其主要特点是:坎后射流水舌的流速、挑角和高程沿中心向两侧保持连续变化,其水舌落水点范围即空腔长度成为一连续变化的曲线,且沿曲线水流流速亦呈连续变化,很好地减弱或消除了龙抬头式泄洪洞掺气坎后水流落水处产生的回水.在V型坎出口断面处,水流的三维扩散充分,水舌与空腔的接触面明显增大,对底空腔长度、通气量等掺气特性指标都有明显改善.     

公伯峡水电站右岸旋流泄洪洞的选型

右岸旋流泄洪洞选型研究是在水平旋流自由流推荐方案与淹没流推荐方案的基础上进行的。两个方案体形优化的思路、方向以及所推荐的建筑物各部位的体形尺寸有所不同。通过对两个方案的水力特性对比分析、结构体形上的比较以及其他因素等研究，综合比较推荐公伯峡水电站右岸旋流洪洞采用淹没出流形式。     

龙抬头式泄洪洞反弧末端边墙掺气减蚀设施的研究

高水头龙抬头式明流泄洪洞发生空蚀的部位一般位于反弧末端下游边墙及底板上,因此研究该部位的掺气减蚀设施具有十分重要的应用价值。结合二滩水电站1号泄洪洞,研究了反弧段边墙掺气问题,基于掺气挑坎设计中应遵循的基本原则,提出了一种新型的斜侧收缩式掺气挑坎体形,并分析了影响侧收缩掺气挑坎挟气量及挑坎下游水流流态的因素。     

"龙抬头"泄洪洞高速水流掺气减蚀研究

高流速泄洪洞易发生空蚀破坏,甚至威胁建筑物安全,采用合适的掺气减蚀措施是减免空化、冲蚀破坏有效的技术手段。通过减压模型试验、理论计算分析、工程运用调研,对涔天河水库“龙抬头” 布置的２＃泄洪洞高速水流掺气减蚀开展了系统研究,提出了局部体型改进措施、衬砌平整度控制标准,及掺气坎布置与体型优化,简化了衬砌施工工艺,加快了施工进度,保证了工程质量。     

导流洞改建旋流式泄洪洞研究与应用

我国大多数导流洞为城门洞形断面，若改建旋流洞需要改成圆形断面，致使二期工程量大幅度增加，不经济。结合公伯峡水电站导流洞改建旋流式泄洪洞试验研究，采用收缩墩形成水垫塘的技术，大大缩短旋流洞的长度，同时增加消能力度，使泄洪洞的消能率达85%以上，流速降至15m/s以下，可防止洞内空蚀和下游冲刷，雾化现象，为导流洞改建旋流式泄洪洞的推广应用开辟了新的途径。     

盘石头水库泄洪洞的掺气减蚀研究

盘石头水库是正在进行规划设计的一座大型综合性水利枢纽工程，其泄洪（导流）洞流量大、流速高，且结构体型复杂。在综合防蚀减措施设计中，掺气减蚀是一种经济又可靠的措施。     

龙抬头泄洪洞反弧段空化空蚀研究综述

根据国内外大量的工程实例,在前人研究的基础上,系统总结了龙抬头泄洪洞反弧段空化特性和空蚀成因,分析了反弧段掺气减蚀和抗蚀体型的现有成果.体型优化和掺气设施研究,数值试验具有花费少、适应能力强、提供的流场资料详细、便利方案选择等优点.     

大型泄洪洞高速水流的研究进展及风险分析

高水头、大流量泄洪洞内高速水流问题主要问题之一是水流空化引起过流表面空蚀。几个实际工程泄洪洞发生空蚀破坏的实例表明反弧段下游一定范围是容易发生空化空蚀的敏感部位,其主要原因是由于反弧段内的水流流速高,流态复杂,在水流离心力的作用下沿程压力梯度大,水流掺气条件差,缺乏有效的掺气保护。掺气减蚀是解决泄洪洞过流表面空蚀的有效措施,对水流进行三维掺气的减蚀技术有了较大进展。“龙落尾”式和 “龙抬头”式是高水头、大流量泄洪洞的两种常用布置型式,风险分析认为“龙落尾”式泄洪洞布置对地形地质的适应性更好,即使发生事故对大坝的安全威胁小,也更具有抗风险的能力。     

二滩水电站1号泄洪洞4号掺气坎下游底板局部破坏修复设计研究

对二滩水电站1号泄洪洞4号掺气坎下游底板局部破坏段的破坏形式进行分析研究,对其破坏原因作深入的剖析,提出了相应的修复方案。实际应用情况表明,1号泄洪洞4号掺气坎下游破坏区修复后运行良好。     

明流隧洞工作门掺气设施的试验研究

在对某水电站放空洞工作闸门的常压及减压模型试验中，进行了工作闸门的体型比较；讨论了通风洞的进气量、明流洞坎下沿程水流的修气浓度、掺气坎减免空蚀的保护长度；还探讨了门槽空化的特性以及工作闸门掺气设施的方案优化。     

竖井旋流泄洪洞涡室整流挑坎试验与数值模拟

已有竖井旋流的研究成果表明,涡室进口处水流的起旋对整个涡室流态的影响很大,如何使水流在进入涡室段时能稳定起旋,并贴壁形成稳定空腔,是决定整个竖井旋流消能效果的一个关键性因素。通过试验与数值模拟相结合的方法,研究了涡室进口处整流挑坎的体型对涡室流态的影响,提出了一种新的整流挑坎——楔形挑坎。试验表明,这种挑坎形式与传统圆弧挑坎相比能更好地引导涡室进口处水流的起旋,改善涡室内水流流态。对类似工程设计具有重要的参考价值。     

水平旋流泄洪洞原型和模型的脉动压力特性对比与分析

依据公伯峡水平旋流泄洪洞原型观测和反演模型试验的成果,对这种新型水平旋流内消能泄洪洞在闸门启闭过程中的脉动压力特性进行了对比与分析。研究表明环形掺气坎上游竖井段、起旋室内及水平旋流洞内压力随时间变化趋势原型和模型的基本一致,符合重力相似准则;受缩尺效应的影响,原型和模型环形掺气坎的空腔长度不同,压力差异较大;起旋室内的压力变化可分为四个阶段;原、模型相应测点的水流的优势频率均属低频,远小于建筑物的固有频率。     

掺气水射流的空化及其应用

基于两相流体动力学的理论，建立空蚀射流切割装置中短管内的压力变化梯度的基本方程式；通过求解不同流速与不同掺气量时的短管内压力变化结果，分析了初始掺气率和水流流速对短管内压力坡降的影响；为增高水射流的切割效率提供理论依据；研究表明，若水流马赫数接近于1，短管内将产生巨大的压降，促使出口水流产生空化，通过利用高速水流并控制吸入适量空气，形成的空蚀流可提高水射流的切割效率。     

水平管内螺旋流涡特性数值模拟

螺旋流是工程上常见的流动现象,具有增强湍流度、促进传热传质和提高对颗粒的携带能力等特性。该文采用雷诺应力湍流模型(RSM)对水平管内由短螺旋扭带起旋的螺旋流流动特性进行了数值模拟研究,通过激光多普勒测速仪(LDV)测速实验验证了数学模型的准确性和可靠性。结果表明,水平管内螺旋涡首先在扭带吸力面形成,且形成初期,涡量的大小受主涡影响较大,二次涡形成后,涡量大小主要受二次涡影响。在形成过程中二次涡增强了壁面附近的速度脉动,能够有效地增加介质的掺混。此外,由于二次螺旋涡的存在,使水平径向压力梯度增加,靠近壁面处的轴向速度减小,近壁处切向速度值增大1倍,且径向速度在螺旋流中不可忽略。     

弯肘型尾水管非定常涡旋流动数值模拟

本文采用有限体积法求解用代数雷诺应力模型封闭的雷诺平均N—S方程组，对湖北清江隔河岩水电站l号发电机组的尾水管，在部分负荷工况运行时的非定常涡旋流动进行了数值分析。结果表明，在水轮机部分负荷运行，特别是负荷为40％左右时，尾水管内形成了明显的旋转涡带。数值模拟得到的尾水管中压力脉动的频率，与湖北中试所在隔河岩进行测试的结果基本一致。     

涵洞过鱼通道典型挡板水力特性研究

作为现代水利工程建设中河流修复的一种特有手段,涵洞的基本功能除了作为路桥系统的输水通道之外,还要为工程所在流域水生动物能顺利通过障碍提供一条通道。但国内关于涵洞式过鱼通道水力设计方面的文献较少,我国涵洞式鱼道在修建过程中可供参考的理论依据非常有限。在分析国外涵洞式鱼道相关试验数据的基础上,对偏移式(OB)、槽堰式(SWB)和堰式(WB)3种典型挡板的水力特性及流场分布特征进行了归纳,得到了无量纲流量、水深、坡度与流速的关系表达式,比较并分析了3种挡板的工作性能。研究成果将为国内涵洞式鱼道的内部改造和水力设计提供理论依据与参考。     

渐扩式泄洪洞出口水流模拟及空化 特性预测研究

为了获得泄洪洞出口段在高速水流情况下的水流特征,分析空化及其对结构可能存在的空蚀破坏影响,本文采用了VOF（Volume Of Fluid）方法,并结合Realizable k-ε紊流模型,对泄洪洞水流进行了三维数值计算。计算获得了压强、流速及水深的三维分布参数,并将部分计算结果与设计值验证,吻合较好。通过引入自定义函数方式计算了整个流场的空化数,获得了泄洪情况下泄洪洞高速水流空化数分布规律及易发生空化空蚀的区域。     

表面张力对铝材料空蚀的影响

在磁致伸缩仪上，研究了５种不同表面张力系数的液体中铝试件的空蚀过程。结果发现在试验范围内，虽然液体的表面张力系数有所不同，但铝试件的空蚀过程仍包括４个阶段；得出前人文献中均未得到过的、铝试件的失质率及总失质量与液体表面张力系数呈线性增长的试验结果。并用空泡生命周期随液体表面张力系数增长呈线性减小的试验研究结果对上述现象从理论上加以说明。     

桂花水电站掺气分流墩与消力池联合应用消能效果的研究

通过试验研究了桂花水电站拱坝掺气分流墩的体型、布置和水流流态,消力池和消力池中T型墩的体型和布置,掺气分流墩和消力池联合应用的水流流态和消能效果。试验表明,掺气分流墩与消力池联合应用明显改变了水流流态,具有显著的消能效果。