宽尾墩联合消能工体型选择及水力特性的研究

通过系统水力试验,给出了宽尾墩附加消能的消能机理与消能过程,以及附加阻力系数Δζ'及其计算式。对宽尾墩改善消力池内的水流结构,缩短水跃长度,减少尾水深度,提高消能率及改善跃后水流状态等进行了分析,并给出了相应计算式。通过对比试验,得出了宽尾墩体型选择参数。     

深尾水消力池非完全宽尾墩消能试验研究

为解决下游深尾水工程中常规底流式消力池内由于消能紊动不足引起出池水流二次水跃、冲刷下游天然河床等一系列工程难题,结合物理模型和数值模拟对比研究平尾墩、常规宽尾墩以及非完全宽尾墩下游消力池内流场差异。研究结果表明:非完全宽尾墩利用平尾墩闸室与相邻宽尾墩闸室入池水流横向水位落差和纵向流速梯度,迫使雍高射流入池水流呈弧形横向扩散、碰撞,显著增强剪切紊动,促使消力池上游区域形成由底至表不断发展壮大的立轴旋滚,提升消力池内能量紊动耗散、降低出池水流流速,完全解决常规底流式消力池中易出现的二次水跃、消能不充分等问题。     

密松水电站泄洪消能体型优化试验研究

在1:60溢流坝表、中泄水孔断面模型上对密松水电站泄水建筑物的布置方案进行了泄流能力、流速流态、压力分布等相关水力学问题的试验,并通过十多个方案的比较优化,提出了基本可行的泄水建筑物体型和消力池型式。研究成果表明:表孔采用合适的宽尾墩形式,对增加消能率、缩短消力池池长有利,但无法消除宽尾墩形成的水翅击打两侧导墙现象;表孔取消宽尾墩,采用跌坎式消力池方案,可有效降低底流消能时的池底板流速,同时消除宽尾墩形成的水翅击打两侧导墙现象,达到较满意的消能效果。本文中十数个消能方案的研究成果,对类似工程的设计和科研均有参考价值。     

低弗劳德数水流二级消力池水力特性试验研究

针对低弗劳德数水流消能问题,在确定单级消力池和二级消力池体型的基础上,采用物理模型试验方法,分别研究了低弗劳德数水流单级和二级消力池的水力特性和消能结构特性。结果表明,在低弗劳德数水流条件下,二级消力池将原单级消力池出池水面较大波动区变成了适应区,对下游尾水位的适应区间显著增加,出池水面波动更小。同时,单级消力池内流线更加稀疏,流速梯度更小;消力池涡量大小明显低于二级消力池,而雷诺应力明显大于二级消力池;二级消力池内雷诺应力大小分区较单级消力池更明显,表面旋滚区明显大于底部旋滚区,水流更加稳定。相比单级消力池,二级消力池消能率显著提高,且有利于下游河床和岸边的防冲保护,工程应用更为有利。     

新型开孔桥墩水动力特性的PIV试验

基于粒子图像测速技术（Particle Image Velocimetry,PIV）对新型开孔桥墩周围的水流结构进行试验研究。通过分析开孔桥墩中轴面（y/b=0）处的立面流场和桥墩周围不同水深位置处的平面流场,探究开孔桥墩周围水流动力结构。试验结果表明,矩形开孔桥墩周围水流呈明显的三维结构特点。在桥墩上设置方孔,能有效地抑制墩前部分下降流的形成、降低墩前壅水的高度和改善墩侧水流流态,同时明显改变墩后尾流结构。方孔所在水深位置处（z/h=0.45）,墩侧低速区最大相对宽度以及墩后尾流区最大相对宽度与相对孔宽比（w/b）呈二次曲线关系,且相关关系密切。近水面处（z/h=0.75）,w/b=0.5条件下墩后旋涡对的相对长度为无孔时的70%;相反,近床面处（z/h=0.15）旋涡对的相对长度略有增加,但旋涡对的相对宽度一直保持在1左右。     

索风营水电站泄洪消能工设计研究

索风营水电站河谷狭窄,单宽流量大,泄洪消能布置较困难,通过各种消能形式比较及水工模型试验验证,采用新型结构形式--＂X＂形宽尾墩＋台阶坝面＋消力池的综合消能形式,水流流态和泄量均满足设计要求.通过调研、设计、施工和模型试验论述了这一新型消能工的优越性,为今后类似工程提供科学依据.     

低弗劳德数水流二级消力池体型参数试验研究

低弗劳德数水流条件下,二级消力池是解决消能问题的一种有效途径。但至今为止,有关二级消力池的工程应用研究较多,而在体型参数和消能机理方面研究较少。为此,采用理论分析和物理模型试验相结合的方法,研究了低弗劳德数水流二级消力池体型参数及其敏感性。结果表明:消力池的长度、深度和尾坎高度等参数都存在界限值,超出界限值时第一级消力池易于产生波状或远驱水跃,而第二级消力池出池水面波动显著增大。池长小于界限值时,消力池池内流态恶化,消能率明显降低;尾坎高度越低,消波效果越好。优化后的二级消力池消能率明显提高,且二级消力池对尾水位的适应性也显著扩大。引入尾坎高度修正系数ωi,提出了各级池长和尾坎高度的计算公式。     

T型墩对消力池消能效果影响的模型试验与体型优化研究

T型墩-消力池联合消能工作为一种新型消能结构,可以在不改变消力池深度的情况下取得良好的消能效果,具有极大的应用价值。以某水电站为工程实例,采用模型试验对T型墩的体型尺寸进行优化,分析体型对消能效果的影响。研究认为在工程设计中应该设置消力板,并采用前墩梯形、后墩弧形的T型墩墩型,水能效果比较显著。     

宽尾墩消力池透水底板脉动压力试验研究

与不透水底板相比,透水底板能够降低作用在其上的动水荷载,达到防护结构安全稳定的目的。为了更好地认识透水底板这种新型防护结构形式,基于阿海水电站宽尾墩底流消力池水工模型试验,系统地研究了消力池平底透水底板表、底面脉动压力特性在板块开孔前后的变化规律。试验结果包括脉动压力沿程分布规律、概率密度分布的正态性、板块表、底面时空相关性、积分尺度以及脉动压力功率谱密度,并初步探讨了透水底板减压降载机理。试验成果可为消力池透水底板设计提供参考。     

含闸墩溢流坝三维过坝水流数值模拟

利用有限体积方法对含闸墩溢流坝过坝水流三维流场进行数值模拟,采用κ-ε两方程模型模拟湍流,利用流体体积(VOF)法确定自由水面线,分别对两种墩型过坝水流进行计算,给出了3种水头下的水面线及坝面压力,通过与实验结果的比较表明,建立的模型能够准确地模拟带闸墩溢流坝三维流场,从而为溢流坝的水力设计提供可靠的设计依据。     

裂隙岩体渗流耦合传热分析

以地下裂隙岩体在裂隙水—孔隙水和温度场之间耦合作用为研究对象,对热和流体流动控制方程采用有限容积数值方法进行离散求解,设置了六种裂隙水—孔隙水流速方案,给出了部分无量纲温度场,并分析了传热与流动原因。分析结果表明：岩体内裂隙水—孔隙水引发的热质迁移对裂隙岩体的温度场分布有重要影响;当裂隙岩体内发生地下裂隙水—孔隙水渗流、及热量的转移时,会产生渗流场、温度场之间的耦合作用;裂隙内水流渗透速度是影响岩体温度的主要因素,孔隙内水流渗透速度是影响岩体温度的次要因素,温差主要发生在裂隙水边界层处。     

寒冷地区无压输水暗渠运行模型试验研究

根据我国北方寒冷地区某无压输水暗渠工程实际,通过在室内环境箱中进行暗渠比例模型试验,研究暗渠在冬季输水过程中水流温度受外界环境温度、流速及进水口水温的影响.通过改变试验条件,研究了暗渠模型内水流温度降低与外界环境温度、水流流速及进水口水温的关系.经过数据拟合,得到暗渠水流温度与环境温度、水流流速及进水口水温的回归公式,...     

洪水水流压力及其影响因素模型试验研究

洪水对洪泛区建筑会造成较大的危害,洪水荷载研究是洪泛区建筑脆弱性研究的基础。通过模型试验,研究不同水深流速的洪水对建筑表面的水流压力及其分布规律。试验在波流水槽中设置可调整出水口来控制作用于模型迎流面水流的深度和流速,模型分为2层,1层有洞口,2层无洞口,固定于出水口下游。结果表明:模型迎流面水流流速分布不均匀,水流压力从下至上逐渐减小;基于试验数据发现动水压力随着流速的增加而增加,且呈非线性关系,并据此提出了动水压力修正系数,改进了水流压力计算公式;水流压力和水深近似呈线性关系;洞口和边界会在一定程度上减小迎流面水流流速与水流压力。研究结果为洪泛区建筑的抗洪设计和抗洪能力评价提供依据。     

敦煌月牙泉域风积沙含水层渗透速度示踪试验

通过渗水应急治理措施,月牙泉湖水域长期萎缩状态得到了遏制.但是由于长期补水,月牙泉域地下水流场、水质及周边地质环境产生了变化.通过月牙泉湖周围1km地区利用钼酸铵作示剂进行地下水流示踪试验,对泉域风积沙潜水含水层地下水流动方向、渗透速度进行探索性试验研究.试验结果表明月牙泉湖周围地下水流方向由西向东流入月牙泉湖,随后向东北方向径流流出,速度为24.25～27.60m/min.     

临沂市城区岩溶塌陷危险性控制

通过分析临沂市城区岩溶塌陷与地下水活动的关系,确定了岩溶塌陷的主控因子为地下水水位。借助已建立的地下水流模型,提出控制岩溶塌陷的方法,即使岩溶水水位不低于控制水位。以此为目标在研究区选定若干具有代表性的水位控制点,并设计了三种地下水规划开采方案,将其带入地下水流模型演算,最终获得合理的地下水开采方案,即未来城区岩溶水开采量与现状开采相比减少了11.65×104m3/d,减少的水量由临沂市岸堤水库地表水工程解决。该方案实施后可在一定程度上控制岩溶塌陷发生的危险。     

控导浅层急流的潜没式三角翼体特性研究

宽浅陡槽水流试验研究表明,浅层急流的阻力大、稳定性差。当陡槽(B/h<40,h_k>1.04 m)末端水流呈"马鞍型"动量横向分布时,水流具有较强的稳定性;而当陡槽(B/h>40,hk<1.04 m)末端水流呈"椭圆型"动量横向分布时,就缺乏抗干扰能力,导致下游形成平面涡旋并挤压水跃。基于"介入式"方法,提出了采用潜没式三角翼体来调控浅层急流。利用三角翼对两翼底层水流产生的扰动产生两翼优势流,从而使水体能够抑制边界微小扰动的"多米诺骨牌"累加递增效应,提高了水流整体稳定性,改善了下游水流的衔接消能,效果良好。在此基础上,对三角翼体调控水流动量分布的机理进行了分析,探讨了三角翼体型设计原则及量纲一体型因子k的确定方法。     

仿自然鱼道整体物理模型试验研究

仿自然鱼道不仅能满足多种鱼类的洄游需要,同时还增加了河道内鱼类生境的数量与多样性,近来越来越受到人们的重视。由于仿自然鱼道结构复杂,断面型式多变、边坡及底部材质粗糙,糙率估算困难等,目前尚无完善的研究方法。结合新干枢纽仿自然鱼道工程,建立了1∶12的整体物理模型试验,对鱼道初步设计方案的水流条件进行了论证。结果表明,采用常规鱼道的研究方法控制鱼道内底坡、底宽、池室长度、偏移率和透水率等参数,然后通过整体物理模型试验进行验证和优化,可有效地用于指导仿自然鱼道的设计。与常规鱼道相比,仿自然鱼道受断面型式及建造材料的尺寸误差等影响,鱼道线路内流速差异明显。特别是鱼道转弯段,偏移率受弯道影响,流速易出现较直线段高或低的情况。研究成果为工程的设计提供了参考依据,同时为仿自然鱼道的设计和研究提供了参考。     

弯曲溢洪道挑流消能试验研究

为避免加剧弯曲溢洪道的不良振动，对弯道水流的挑流消能问题进行研究。通过试验研究的方法，提出了一种适用于弯曲溢洪道的新型挑流消能工，结合渠底超高法对弯道水流的干扰，使水流在质量力的作用下分流，有效降低和减小了回水的流量范围，增加了挑流水舌的纵向长度。通过对比两种不同凹岸边墙半径的弯曲束窄差动式斜切挑坎和弯曲连续斜切挑坎的回流、挑流和分流等特性，根据水流运动特性和流线的几何关系，提出了一种判断该新型挑坎发生回水的半理论半经验方法。研究发现高坎的收缩程度和凹岸边墙半径是影响分流和回水的主要因素，通过对高坎水流运动特性的分析，拟合流量、凹岸边墙半径与高坎折冲水流出流方向角γ的经验公式，推导了高坎分流临界角度γ_c的计算表达式，计算结果与试验测量结果吻合良好，可以为弯道水流挑流消能的工程应用和运行提供参考。     

基于砂槽模型研究不同水流密度下盆地地下水流系统

在干旱半干旱地区,沉积盆地是人类生产、生活用水的主要载体,为查明在水流自身密度改变条件下盆地地下水流系统的变化特征,需在变密度条件下对盆地地下水流系统进行模拟研究。本文采用砂槽物理模型,在改变区域性水流密度条件下模拟研究地下水流系统的变化规律。试验结果显示:随着区域性水流密度的增加,区域水流系统的渗流速度和循环量均减少,且流线径流距离和径流深度也随之减小;而局部水流系统的渗流速度和循环量均增加。结果表明区域性水流密度的增加会抑制区域水流系统的发育,对局部水流系统有一定增强作用。本研究着重强调了区域性水流自身密度变化对盆地地下水流系统所产生的影响,并通过物理试验模拟得出在改变区域性水流密度条件下盆地地下水流系统的变化规律。     

漫滩河流防洪水位研究

通过物理模型试验对松花江某平原漫滩河段的沿堤防洪水位进行了研究,对主槽和滩地阻力采用了不同的模拟方法,在达到模型相似的基础上,试验量测了水流边界沿低水位随流量的变化关系。研究表明,因河段内阻力因素复杂,边界沿堤水位与同断面主槽水位差别最大可达0.3m。