竖井进流水平旋转内消能泄水道的泄量特性研究

本文从分析竖井进流水平旋转内消能泄水道的流态及影响因素出发，根据试验资料对其泄量特性进行了系统地分析与研究。研究结果表明：这种泄水道的流态、泄流量变化规律有非常明确的分区特性，不同的分区对流态与泄量的影响因素是不同的。本文在该分析的基础上给出了泄量的基本计算公式、流量系数的变化规律和泄量计算的经验公式。     

竖井进流水平旋转内消能泄水道流速分布的试验研究

本文从分析图1所示的竖井进流水平旋转内消能泄水道的基本流态与泄流量变化规律出发，对该种泄水道的流速分布提出假定，并给出具体表达形式。根据试验量测资料，对轴向流速、环向流速及有关物理量的变化规律进行了分析与研究，这对该种泄水道水力特性的分析、计算与设计均有重要的参考价值。     

竖井进流水平旋转内消能泄洪洞水力特性的数值模拟

本文采用Realizable 紊流模型,结合自由水面处理技术的VOF方法及非平衡壁面函数法,对竖井进流水平旋转内消能泄洪洞的水力特性进行数值模拟,得到了自由水面、空腔直径、压强、流速、旋流夹角、消能率等水力特性的变化规律.把数值模拟与模型试验的结果进行对比后可以看出,采用该紊流模型、合适的边界条件与数值方法,能够较好地模拟这种强旋流、强离心力效应和各向异性的复杂的空腔旋转流动,数值模拟所得的各种水力特性,从变化趋势到数值精度可满足这种旋流内消能泄洪洞体型初步设计与优化的要求.     

下游水位对水平旋转内消能泄洪洞水力特性的影响

通过试验研究与分析,发现下游水位对水平旋转内消能泄洪洞的各种水力特性均有较大的影响,且均与环流内空腔压强P0的变化有关。随下游水位的变化,洞内可能出现不同的流态区。在一定的下游水位范围内,泄流量具有最大值。通气孔的通风是由于两种完全不同的机理所致：在相对下游水位等于1左右,通风量变化急剧且具有最大值。空腔直径随下游水位的降低而增大,并趋向于常数,随下游水位上升而减小并趋向于零。在较高的上游水位时,壁面压强随下游水位的上升呈幂指数增大或线性增大;在相对下游水位等于1左右,不同的上游水位时消能率几乎为常数,但在相对下游水位大于1后,下游水位的增大会导致消能率较大的衰减。     

水平旋转内消能泄洪洞流速分布及紊动特性试验研究

该文通过模型试验,研究了在自由流、吸吮流和淹没流三种基本流态下,水平旋转内消能泄洞的流速分布与脉动特性。激光测速的结果表明,水平旋流洞的切向流速沿径向的分布可以看成是组合涡分布,轴向流速沿径向的分布可看成是最大值靠近壁面一侧的二次曲线分布。在流速的变化趋势上各种流态是相同的,但具体分布参数因流态不同,有较大的差异。流态不同时,轴向脉动流速与切向有较大差异,湍流强度变化规律也不同,自由流与吸吮流流态湍流强度总体上的变化规律为Twθ和Twz沿程均有所增大;沿径向先减小,在R/R0大于一定值之后基本维持一常量或略有增大。     

水平旋转内消能泄水道环流空腔直径的变化规律

本文从竖井进流水平旋转内消能汇水道影响环流空腔变化的因素出发，根据试验资料对其环流空腔直径的变化规律进行了系统地分析与研究，研究结果表明：这种泄水道环流空腔直径d0的变化规律有非常明确的分区特性，不同的分区对环流空腔直径d0影响因素是不同的。本文在该分析的基础上结合试验研究成果给出了d0的无因次综合变量函数的一般表达式、具体函数表达式和计算的经验公式。这些试验及分析成果对该种泄水道的水力特性的理论研究、分析计算和设计有较大的参考价值。     

竖井进流水平旋流式内消能工的空化特性

竖井进流水平旋流式内消能工是一种泄流能力强、消能率高、可节省总工程投资的新型消能工。运用这种新型消能工将施工导流洞改建为永久泄洪洞是解决高坝水力设计中泄水建筑物的安全和消能问题的新途径。本文对该种消能工的空化特性进行了试验研究，给出了旋流器收缩比为０．３５时的空化基本特性，并提出在起旋器升坎后直接补气是减免起旋器升截后空化的一项有效措施。     

基于水流流态分析的水闸底流消能防冲设计

水闸底流的消能防冲原理通常是利用水跃现象,通过水流产生的摩擦,将剩余的能量释放,从而起到保护水闸和河岸的目的.为了解决目前消能防冲方法在实际应用中,存在因水跃致使消力池消能不充分的问题,提出一种全新的水闸底流消能防冲方法,在分析水流流态的基础上设计水闸底流消力池、搭建水闸底流海漫与防冲槽.实验证明,该方法与传统方法相比...     

面流消能近底紊动流速特性的研究(面流消能试验研究之一)

本文主要论述了面流消能五种典型流态近底紊动流速特性,总结出了近底时均流速和紊动强度沿程变化规律,提出了近底紊动流速可能出现的最大瞬时值及相应位置的计算公式。面流消能工程的下游防冲设计中考虑的主要水力参数之一是,消能段近底流速紊动可能出现的最大瞬时值及其相应的部位,但目前国内外研究成果较少。笔者通过水工模型试验重点研究了面流消能各典型流态近底流速及其紊动纵向分量沿程的变化规律,并提出了计算公式,为优化面流设计提供科学依据。     

竖井进流水平旋流式内消能工的水力特性

随着国内外高水头水利枢纽工程的日益兴建，寻求新的消能途径解决高水头大流量条件下泄水建筑物的安全和消能问题是高坝水力设计中亟待解决的难题之一。本文对竖井先进流水平旋流式内消能工进行了试验研究，给出了过流能力，消能率，时均压力等水力参数的研究成果。     

水平旋转内消能泄洪洞空腔环流内气体压强的变化规律

空腔环流内的气体压强与许多水动力学特性直接有关,是重要的水动力学的边界条件之一。在吸吮流流态下,当起旋器出口的水流傅汝德数较大时,空腔环流内负压的大小,主要与通气孔直径有关,但沿程的变化可视为常数;水平旋流洞起始断面的相对真空度与相对通气孔直径的关系为指数关系;下游水位对空腔内气体压强有明显的影响,在某一下游水位时空腔内的气体压强有最小值。根据气体压强、离心力压强和壁面压强之间的关系可知,离心力压强是造成壁面压强和壁面切应力沿程变化的主要因素;空腔环流内负压大小不同时,水平洞内水流能动量的转变规律是不同的。     

水平旋流泄洪洞的基本流态与影响因素

通过模型试验,对上下游水位、通气孔直径、水平洞洞长和起旋器收缩断面面积比对水平旋流泄洪洞的流态的影响进行了研究。结果表明,在竖井为有压流的条件下,水平旋流泄洪洞的流态可分为自由流、吸吮流和淹没流3种基本流态,流态的分类与转变受各种因素的影响;通气时,水平旋流洞内旋流的空腔直径大而均匀,水流旋转的强度增大;不同的洞长,流态从吸吮流向淹没流转变时过渡区的相对上下游水位差相同,但洞长越大,吸吮流的范围越大,转变为自由流流态时所需要的起旋器出口的水流弗劳德数也越大;起旋器出口面积比不同时,流态分区的临界水力条件是不同的。     

导流洞改建为旋流式内消能泄洪洞的研究和实践——以公伯峡水电站为例

概述了国内外旋流式内消能工的研究与进展,认为该种内消能工是适合于高水头、大流量高坝建设的新型消能工,是一种适合将施工导流洞改建为泄洪洞的可行方案。以黄河公伯峡水电站为例,论述了竖井旋流式与水平旋流式内消能工在体型优化中的重点与方向问题;泄流能力的协调与匹配问题;通气孔的设计、消能率的构成、空化空蚀、衬砌标准与范围、下游水深的影响等问题。针对旋流式内消能工目前尚无任何设计规范可依据的情况,认为开展进一步的讨论和研究是有必要的。     

梯形转叶螺旋流消能装置水力特性研究

在有压输水管道内部装配合适的消能装置是解决供水工程剩余水头的一种重要消能方式。本文介绍了梯形转叶螺旋流消能装置的水力特性试验研究,根据试验数据计算分析了消能装置的消能效果,并对其在不同扭转角度下的消能效率进行了分析,从而确定此类消能装置最高消能效率可达水流压力的80%以上,能对下游建筑物设施起到良好的保护作用。综合试验结果表明,该装置结构基本合理,可作为管道消能装置设计的依据。     

扭曲鼻坎对泄洪洞挑流消能的影响研究

针对某泄洪洞挑流水舌对下游河道产生不利影响等问题,开展了基于扭曲鼻坎调整射流方向的水力模拟试验研究。通过对几种扭曲鼻坎的优化研究,发现采用降低挑坎高程的大转角贴坡扭曲鼻坎布置,可以合理调整水舌方向,理顺下游河道形态,消除了右岸涌浪和边岸淘刷威胁,同时又解决了泄洪洞过渡期洞内水跃闷顶问题。研究成果对泄洪洞出流的消能防冲设计有一定的借鉴意义。     

收缩式洞塞泄洪洞的消能和空化特性

摘要：本文结合某大型水电工程,采用试验和数值模拟相结合的方法,研究了收缩式洞塞泄洪洞的消能特性和空 化特性。常压模型试验表明,通过设置两级洞塞及其他附属设施,整个泄洪洞总消能率超过了67.3%,两级洞塞 的总消能率达到36.0 %,洞塞的消能效果十分显著。减压实验表明,通过对洞塞体型的精细优化,泄洪洞有压段 可以避免发生空化,洞塞本身具备一定的抗空化能力。通过数值模拟,揭示了泄洪洞有压段的流速场、压力场特 性,直观地表明洞塞的突缩突扩作用形成了大体积的水流紊动,从而达到消能的目的。