窄缝挑坎在高拱坝深孔中的 初步应用研究

在锦屏一级水电站（拱坝坝高305 m）整体水工模型上将窄缝挑坎应用于高拱坝泄洪深孔,对窄缝挑坎体型参数选择和布置进行了试验研究。试验结果表明,窄缝挑坎应用于高拱坝深孔,可以获得窄长下泄水流流态;边墙压力测量结果显示,深孔采用窄缝挑坎后边墙无负压出现,但在窄缝收缩起点附近存在压力增大;射流水舌在水垫塘内纵向扩散效果显著,水垫塘底板时均冲击动压分布相对常规挑坎时而言更加坦化,底板冲击动压差也大大减小,这对水垫塘底板稳定和减小射流冲刷有利.     

窄缝消能工水力特性的数值模拟与试验研究

本文对高拱坝深孔窄缝消能工的有压洞段及出口的压力、沿程水面线、沿程流速分布、水舌入水角度、水垫塘底板的动水压力分布等水力要素进行了研究,采用基于VOF两相流的标准k-ε双方程紊流数学模型对各水力要素进行了数值模拟,并与模型试验结果进行比较。结果表明:数值模拟结果与模型试验吻合良好,说明利用该数学模型模拟窄缝收缩段、空中射流水舌及水垫塘的水力特性是可行的。利用抛射体理论计算公式得到各种形式下水舌进入水垫塘的运动轨迹、入射角及入射流速,弥补了模型试验中无法测量空中水舌流速分布的不足,可以为工程设计及应用提供一定的参考依据。     

高拱坝坝身表孔和深孔水流无碰撞泄洪消能试验研究

宽尾墩和窄缝收缩式消能工具有使水流横向收缩、垂向扩散及纵向拉长的功能。本文将宽尾墩和窄缝挑坎分别应用于高拱坝坝身表深孔,并对表孔和深孔出口不同体型组合进行了联合泄洪消能效果的模型试验研究。试验结果表明,当表孔采用宽尾墩、深孔采用窄缝挑坎时,获得了窄长的下泄水流流态,表孔和深孔水舌空中相互穿插下落,不发生碰撞,不仅实现了无碰撞消能的目的,有助于降低泄洪雾化的强度,而且水垫塘底板冲击动压减小。本消能方式可以充分利用下游河道的纵向空间,特别适合于狭窄河谷中的高拱坝坝身泄洪。     

多股窄长射流入下游水垫塘的水力特性试验

宽尾墩、窄缝挑坎收缩式消能工应用于高拱坝表孔、深孔后,可获得多股窄长射流交错入射水垫塘,实现高拱坝坝身下泄多股水流无碰撞消能。但各股窄长水流间的间距如何影响其消能效果有待进一步研究。采用模型试验的方法在1∶400水工模型上,研究了射流水股间横向间距对水垫塘水力特性的影响。研究结果表明:随着窄长射流横向间距的减小,射流相互干扰掺混,冲击动压的压力峰形态由多峰合并为单峰,冲击动压值增大;冲击动压值随上游水深的增加而增大,随下游水深的增加而减小。     

不同边壁条件下矩形明渠水力特性实验研究

为了研究明渠水流水力特性变化规律,在室内实验的基础上,采用矩形明渠变坡水槽,通过改变边壁条件、坡度和流量进行实验,得到了较好的实验数据。实验结果表明:边壁条件和坡度相同的情况下,随着流量的增加,水深呈线性增加,平均流速和雷诺数呈现幂函数增大;当Fr1时,弗劳德数随着流量的增加而增加;当1Fr1.526时,弗劳德数随着流量的增加先增加而后减小;当Fr1.526时,弗劳德数随着流量的增加而减小;曼宁糙率系数随着流量的增加呈对数减小趋势。边壁条件和流量相同的情况下,随着坡度的增大,水深呈减小趋势,平均流速、雷诺数、弗劳德数和曼宁糙率系数均呈现增加的趋势。并由实验数据得出了雷诺数与坡度和流量关系的经验公式。     

射流出口末端折流板压力特性试验研究

高坝工程坝身孔口射流多呈横向扩散下泄,但狭窄河谷中的高坝工程因泄流宽度不足而受到限制。在坝身孔口出流末端设置横向收缩折流板,可获得竖向及纵向扩散良好的窄长水舌流态,从而充分利用河道纵向空间泄洪消能。但折流板两侧因射流冲击而压力剧增,这对折流板的结构设计不利。通过模型试验的方法,对收缩射流折流板不同体型参数(收缩比β、相对收缩段长度δ以及出口倾角γ)和深孔进口水头变化对其所受冲击压力的影响进行了研究。结果表明:射流冲击使得折流板上所受压力剧增,且压力最大值出现在始折点(突扩侧墙与折流板相接处,即折流板的始端)上,折流板面上无负压出现;折流板最大冲击压力随收缩比的增大而减小,随相对收缩段长度的增加而减小,随出口倾角的增大而增大,随深孔进口的水头增加而增大。