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1.
为了改善高水头大单宽流量阶梯溢流坝掺气特性,结合阿海水电站,通过1∶60的水工模型试验,对Y型宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池的联合消能工过渡阶梯上首级台阶台面上挑5°,10°,15°,水平0°和下跌5°,10°,15°时分别进行了水工模型试验.从空腔长度、消力池的水流流态,底板时均压力、临底流速、消能率等各个方面,寻找能改善掺气特性的首级台阶台面角度.结果表明:掺气空腔长度随着首级台阶台面角的增大而增大;空腔最大负压随着台面角的上升而减小,且随着台面角的上升,最大负压从第2级阶梯的立面转移到第1级阶梯的立面;消能率随着首级台阶台面角的增大而略有增大,首级台阶台面上挑消能效果略优于下跌或水平.首级台阶面上挑15°为掺气效果最好的过渡台阶衔接体型. 相似文献
2.
为了避免阶梯溢洪道中前几级阶梯表面发生空蚀破坏,在对阶梯溢洪道的设计中加入掺气坎,形成前置掺气坎式阶梯溢洪道.通过对Y型宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池的联合消能工过渡阶梯首级台阶台面取4个角度、前置掺气坎取2个角度共8种组合工况分别进行水工模型试验,改变水库流量,从空腔长度、水面线、负压、底板时均压力、消能率等方面,寻找改善水力特性的过渡台阶衔接体型.结果表明:掺气空腔随着首级阶梯台面角和掺气坎增大,与阶梯坝面分离空间更大,水流挑射更高,空腔更长且工况2的空腔长度均大于工况1的空腔长度;随着掺气坎和首级阶梯台面角增大,溢流坝阶梯面最大负压绝对值减小;消力池底板压力和水面线变化不大,消能率增大.在8个方案中,前置掺气坎角度为10°、首级阶梯台面角度0°时的方案5最优. 相似文献
3.
为探求高水头、大单宽流量下阶梯坝面坡度对宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化联合消能方式的阶梯面掺气特性及负压的影响,以阿海水电站为原型,采用速度比尺和长度比尺分别建立运输方程,引入水气两相流VOF和三维RNG-紊流模型.利用几何重建格式来迭代生成自由水面,对51.34°,53.13°,56.98°这3种阶梯面坡度进行数值模拟研究.研究结果表明,坡度增加,阶梯面掺气空腔长度先增加后减小;当坡度为53.13°时,阶梯面掺气空腔长度最长,为7.5m.阶梯面掺气浓度变化与掺气空腔长度变化规律一致,坡度增加,阶梯面掺气浓度先增加后降低,各方案空腔段后掺气浓度均存在小于阶梯面最低保护掺气浓度3%,此掺气浓度下阶梯面会发生空蚀破坏.阶梯面负压呈双峰分布,最大负压峰值出现在第2峰值处,负压双峰值随坡度增加而增大,当坡度为56.98°时,负压最大,值为-42.34kPa. 相似文献
4.
针对阶梯溢流坝前端设置掺气坎,以提高坝面减蚀能力与坝体消能率的研究理论尚不成熟的现状,通过9组不同掺气坎的水工模型试验,采用极差与方差分析方法得出了掺气坎角度与高度对阶梯溢流坝联合消能方式水力特性的显著性影响.试验结果表明:与掺气坎高度相比坎角度对台阶面最大负压影响较大.掺气坎角度为11.3°,坎高度为1.0, 1.3 m时,台阶面最大负压最小,分别为-9.25 kPa, -8.56 kPa;掺气坎角度对影响反弧段时均压强的显著性不如掺气坎高度,而两者对消力池最小时均压强的显著性影响相差不大.当掺气坎角度为11.3°,高度为0.7, 1.0 m时,上游水流对下游的冲刷强度较小,水体掺气充分,反弧段最大时均压强分别为424.44, 431.73 kPa;根据坝体消能效果,掺气坎高度是影响阶梯溢流坝消能率的主要因素.根据各因素综合分析,推荐掺气坎角度为11.3°,高度为1.0 m时为最优坎型,其消能率为53.63%. 相似文献
5.
溢洪道陡槽段设置不连续的外凸型阶梯之后,可明显降低陡槽段流速,增大泄流的消能率,简化其下游消能设施。在水力模型试验的基础上,对陡坡段坡度1∶1和1∶1.5的外凸型阶梯陡槽段泄流流态进行观察和测试,对这两种坡度的外凸型阶梯陡槽段应用条件进行分析,提出了坡度为1∶1.5的外凸型阶梯陡槽段泄流水面掺气断面位置和水深的计算方法。应用本文成果和结合前期的研究成果,可将外凸型阶梯陡槽段泄流水面掺气断面位置和水深计算的坡度范围由1∶2~1∶6扩展为1∶1.5~1∶6,并可进一步计算出相应坡度水面掺气断面下游掺气水流区段的沿程水深和消能率。 相似文献
6.
格栅能够有效改善底流消能效果，减轻或者避免消力池底板发生空蚀破坏。通过水工模型试验，研究圆孔Γ形格栅不同开孔率下栅前、栅后掺气浓度变化。试验结果有以下3个方面。①消力池附壁射流区掺气浓度纵向沿程递减，格栅附近有突变；垂直轴线方向，掺气浓度中部大两侧小，峰值出现位置和入射水股主流位置正相关；竖直方向上，1/2水深以下栅前掺气浓度沿高度增加明显，栅后的变化则明显趋缓。②增设格栅后，消力池距离进口5和30 cm位置的栅前掺气浓度值陡增41.11%和26.82%（开孔率34%）；格栅开孔率由46%减小到22%，格栅上游侧（6#断面）掺气浓度由37.75%下降到20.32%，格栅下游侧（7#断面）掺气浓度由20.47%下降到8.78%。③增设格栅，栅后近底掺气浓度值（靠近边墙位置）最小也能达到6.06%，并且测点流速不大，意味着包括格栅在内的消力池结构不易发生空蚀破坏。 相似文献
7.
结合阳升观水库枢纽5号溢流坝段,采用水工模型试验方法对溢流堰的泄流能力、溢洪道台阶面的流态,压力和台阶式溢洪道+消力池联合消能率等方面进行了试验研究。结果表明,溢流堰的实际过流能力满足设计要求;台阶面的水流为滑移流,掺气充分,流态较好,消力池内流态紊乱,池尾部水面波动强烈;台阶立面阳角附近普遍存在负压,但其量值较小;台阶式溢洪道+消力池联合消能率在3种特征工况下都超过了90%,其中大部分能量被消杀在溢洪道的台阶面上。 相似文献
8.
《中国农村水利水电》2019,(8)
在低水头、大单宽流量泄洪建筑物下游普遍存在河床冲刷等问题,结合新集水利枢纽工程、利用水工物理模型试验,通过对比分析原消力池(由连接闸室底板的斜坡段和带尾坎的水平护坦组成)和T型墩+尾坎联合消能工两种方案消力池段及海漫段的流速分布、消力池消能率、流场分布及下游河床冲刷情况,得到以下结论:T型墩+尾坎联合消能工通过扩散和挑起水流,增大池内消能比重,削弱波状水跃~([1]),降低了出池流速,并在海漫段形成二次水跃,大幅提高了整个消能段消能率,下游河床冲刷明显降低。该消能工优化设计方案为工程的消能优化研究提供了强有力的依据。 相似文献
9.
《中国农村水利水电》2019,(10)
大单宽流量下,阶梯溢洪道存在消能率较低、空化空蚀等问题。尽管前人对台阶尺寸、布置方式进行了相关研究,但鲜有涉及台阶形式本身。基于此,结合mixture方法,采用Realizable k-ε模型对几种新型阶梯溢洪道进行了数值模拟研究,对比分析了其流场特性、旋涡结构、掺气浓度、压强分布等。结果表明:设置尾坎不仅可降低主流流速,也能增加台阶上旋涡尺度和范围;各体形掺气浓度均呈"S"形分布,但是设置尾坎和调整台阶面均不能改善掺气效果,常规阶梯体形平均掺气浓度最高;坎式阶梯溢洪道台阶面上压强呈"凹"形分布,当台阶面上无尾坎时,台阶水平面上压强呈"S"形分布;设置尾坎和上翘台阶面均能增加台阶竖直面压强,但台阶面向下倾斜将使得负压区范围增加;设置尾坎和上翘台阶面均能增加紊动能耗散率,向下倾斜台阶面则相反;此外,坎式阶梯体形消能率比常规体形高约10%,上翘台阶面提高约6%,但向下倾斜台阶面使得消能率降低约10%。 相似文献
10.
为了保障山区输水管网运行安全,设计导流式输水管网消能装置。装置由上壳体、消能空腔和下壳体组成,设置入口端和出口端,消能空腔内设有均匀间隔的消能板和导流孔。采用Fluent数值模拟和验证试验对试验方法进行验证,设置3种入口流速、3种导流孔径比例和有无导流片开展全因素试验,并对2种导流孔直径进行消能率对比试验。结果表明：在保证过流能力下,入口流速和导流孔径均对消能率起主导作用,入口流速越大,即流量越大,消能率越好。消能率与导流孔径负相关,导流孔径越小越有利于消能。当基础孔径相同时,为同时满足过流能力且确保消能达到较好效果,建议选择导流孔径比例保持不变布置方式。入口流速为1.0 m/s时,局部水头损失占总水头损失的96.3%,所以当计算总水头损失时,可以忽略沿程水头损失。当入口流速小于4.0 m/s时,选择不安装导流片,达到4.0 m/s时,有无导流片消能率基本持平,大于5.0 m/s后,选用安装导流片消能效果更优。 相似文献
11.
联合消能工水力特性的研究对改善高速水流冲蚀以及空蚀空化等问题具有实际的指导意义,然而数值模拟比物理模型更省时省费用的同时,对阶梯流流坝面的空化、空蚀问题很难进行模拟。为了进一步完善联合消能工,结合阿海电站水工模型对同比例改变过渡台阶尺寸的Y型宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池联合消能工进行了实验研究。实验研究发现,单个台阶长度以及台阶处与空气接触面积不同时,单位空腔面积越大,平均掺气浓度亦逐渐增大,掺气越充分。各实验方案沿程时均压强总体变化基本一致。同比例增大过渡台阶尺寸(方案三、方案四)有利于水流能量的耗散、减小高速水流对反弧段的冲刷。同比例扩大过渡台阶尺寸(方案四)可以有效地进一步降低台阶壁面发生空蚀破坏的风险。在同比例改变过渡台阶尺寸时,也要考虑过渡台阶与WES曲线相衔接处尺寸变化,不宜采用尺寸过小的台阶与之相衔接。控制其他变量相同时,同比例扩大过渡台阶尺寸(方案四)优于其他实验方案,对整体联合消能方式中掺气状况、对减小反弧段的冲刷、降低台阶面空蚀空化影响等方面均有积极作用。 相似文献
12.
拦河闸下游河道河床下切、水位降低之后,其下游消力池需改造或重建,或者在保留现状消力池条件下,在现状消力池下游修建二级消力池,以确保拦河闸泄流的消能及其上、下游水流衔接过渡。通常,可在一级消力池下游陡坡段设置不连续的外凸型阶梯,增大陡坡段泄流消能率,以减小下游二级消力池的规模,节省工程投资。本文结合现有的研究成果,对拦河闸下游两级消力池之间陡坡段的外凸型阶梯布置和水力计算方法进行分析,并给出相应的算例,供类似工程设计参考。 相似文献
13.
合理地选择溢洪道建筑物消能型式,是关系到整个水利工程安全与经济的重要问题.通过溢洪道设计规范进行消能方式水力学计算,结合物理模型试验对传统底流消能与跌坎型底流消能水力特性进行了对比分析,结果表明:传统底流消能在校核洪水下泄流量时,底流消能方水流进入消力池后产生一定程度的远驱式水跃,消力池消能主要位于消力池后部,消力池后部及出口水面壅高较大,且波动剧烈,没有形成相对稳定的消能水体,消力池消能效果不太好,需要增加消力池长度;跌坎型底流消能消力池底板高程降低1 m,但是临底流速较底流消能得到大幅度降低,池内水流扩散充分,剪切明显,消力池后段形成了稳定的水体,消能效果良好,出水渠内水流流态得到改善,不容易对消力池冲刷破坏.跌坎型底流消能空化数增大相对不容易发空蚀,可能避免消力池空蚀破坏,最大水跃位置向前移动7 m,水流不会冲击底板和尾坎,水流垂直溅起,因此消力池内流态稳定,雾化影响较小,具有适应性强,消能效率高、流态稳定等优点. 相似文献
14.
冲沙底孔突跌与突扩+突跌体形掺气效果对比试验研究 总被引：3，自引：0，他引：3
通过水工模型试验研究,对阿海工程左泄洪冲沙底孔采用跌坎式掺气,从流态、底、侧空腔长度、掺气浓度、压力等方面,比较了突扩、明槽坡度等因素对掺气效果的影响。试验结果表明,采用突扩+突跌式通气减蚀与突跌情况下相比,掺气效果更加明显;随着明槽底坡坡度的增大,掺气底、侧空腔长度、掺气浓度值亦随之增大;采用突扩+突跌式掺气以及适当的明槽底坡,可以有效的增加掺气效果,从而减小发生空化、空蚀破坏的可能性。 相似文献
15.
《中国农村水利水电》2020,(3)
阶梯溢流坝面的掺气特性是联合消能工发展的桎梏,而掺气坎与过渡阶梯对阶梯面掺气特性有积极的影响,通过水工模型的方法,结合阿海水电站进行12组试验。研究掺气坎高度11.67、16.67 mm和角度8°、10°以及4种组合过渡阶梯联合作用下,对阶梯面掺气特性的影响。结果表明:掺气坎角度10°、高度16.67 mm这种体型比其他7组掺气坎体型更优,故掺气坎角度与高度适当增加可使水流下缘接触阶梯面的位置后移,掺气空腔长度、掺气面积以及掺气浓度亦随之增大;并且在此掺气坎体型的基础上,过渡阶梯设置为25 mm×33.33 mm(宽×高)的大阶梯,阶梯面掺气特性相对其他3种体型更优,故过渡阶梯体型适度增加,更有利于过渡阶梯进行掺气。通过12组试验的结果分析得出,前置掺气坎角度为10°、高度为16.67 mm、过渡阶梯设置为25 mm×33.33 mm(宽×高)的大阶梯时,阶梯溢流坝面的掺气特性为12种方案中相对最优。 相似文献
16.
导流兼泄洪冲沙洞中消力池经常存在水跃波动范围不稳定、水流跃出边墙等问题。为获得良好的消能防冲效果,通过数值模拟与物理模型试验相结合的方法,对导流兼泄洪冲沙洞泄洪过程的流体运动进行研究,获得流场水力性能参数以及下游河床冲刷情况,分析不同方案对消力池水力特性的影响并进行物理试验验证。结果显示：消力池末端在增设矩形尾坎后水流流态得到改善;同时池内进出口流速降幅最大为7.66 m/s,而压强分布均匀、无负压产生,且消能率达到80.60%。在设计和校核工况下,增设矩形尾坎后河床冲坑范围相较于原方案分别减少12.20 m和13.30 m,其最大冲坑深度分别较原方案减少0.48 m和1.00 m,对下游防护效果明显。研究表明：所设的体型优化方案均能有效的提高消力池的消能效果,在增设矩形尾坎后流场分布均匀且减轻下游河床冲刷的效果最佳。该研究成果可为导流兼泄洪冲沙工程提供参考。 相似文献
17.
阶梯溢流坝水流数值模拟及消能分析 总被引：5，自引：0，他引：5
利用k-ε紊流模型模拟了带有曲线自由表面的阶梯溢流坝和非阶梯溢流坝的紊流流场,采用流体体积分数法(VOF法)来确定自由表面。通过数值模拟,得到了2种溢流坝水流的较为合理的速度场,比较了二者的消能效果。模拟结果表明,阶梯溢流坝消能效果更好,阶梯溢流坝的消能率比非阶梯溢流坝的消能率高约17%。 相似文献
18.
《中国农村水利水电》2020,(8)
基于矩形泄槽物理模型试验,研究了泄槽底部设置较为特殊的曲线型边界的三维凸型和凹型掺气坎的掺气水流特性,并将同种条件下传统直线型连续掺气坎的掺气水流特性与之做比较。结果表明:不同体型的掺气坎水力特性及流态有明显的差异。3种体型的掺气坎中,直线型坎掺气空腔长度最大,凸型和凹型掺气坎对增大掺气空腔长度不利;空腔回水深度随着单宽流量的增大而增大,凸型坎有利于减小掺气空腔回水,特别是在较大流量时效果更明显;3种掺气坎掺气空腔后近壁水流掺气浓度沿程均迅速衰减,泄槽底板和边墙的近壁水流掺气浓度分布有所不同,导致泄槽底板的掺气保护长度,直线型掺气坎的最大,凸型坎的次之,凹型坎的最短,但泄槽边墙的掺气保护长度则是凹型坎的最长。凹型掺气坎对保护边墙免遭空蚀破坏、增大边墙的保护范围更有利。研究成果可为应用异型掺气坎的采用提供更多的参考和实验依据。 相似文献
19.
以k-ε湍流模型封闭Reynolds方程,采用VOF法追踪自由表面及SIMPLE算法求解方程组,对山区公路桥涵的常用消能方式及两种设计方式(波浪式、挑流式)进行了三维数值模拟.结果表明,常用式的消能率最小,底流速值最大,下游回流影响区域比较大;波浪式消能率大于常用式,但下游水流存在顶冲现象,形成了不规则、大区域的横轴漩流;挑流式消能率最大,底流速值最小,下游回流影响区域小于前两种消能方式,流速分布相对均匀,是桥涵比较合理的消能防冲方式. 相似文献
20.
为了进一步探讨一字闸下游的最佳消能形式和一字闸最佳抗冻方案，在一字闸水力特性试验研究的基础上，根据一字闸水流特点，提出4种底流消能工进行对比试验。通过对水流流态、流速分布、消能率等因素的综合分析，认为对渠系建筑物中的小型一字闸，宜选取挖深式消力池做消能工。通过对5种防冻方案的试验研究，提出了聚苯乙烯板保温法为最佳方法。 相似文献