摘要：针对窄河谷高坝的泄洪消能难题,长江勘测规划设计研究有限责任公司和长江科学院联合研发了高坝新型消能防冲设计技术——窄河谷高坝天然水垫消能技术。该技术包括多个创新的设计理论、新型消能工以及相应的设计和计算方法,可减少前期设计比选论证工作量,提高工作效率,并减小工程对环境的影响。

摘要：为了探究FLOW-3D气泡流模型的黑匣子细节,以45°陡槽均匀流的试验数据为参考,对计算结果对临界韦伯数、临界毛细管数、初始气泡直径、拖曳阻力系数和Richardson-Zaki调节系数等模型参数的敏感性进行了探究。结果表明:明渠掺气水流中气泡尺寸主要受临界毛细管数控制,临界韦伯数仅在掺气水面附近对气泡大小有微弱影响。拖曳系数和Richardson-Zaki调节系数对结果的影响较大,而临界毛细管数、临界韦伯数以及气泡初始直径对计算结果的影响则相对较小。大于默认值的拖曳系数和Richardson-Zaki调节系数会提高湍流强度并增加掺气,但小于默认值的参数对计算结果的影响更为显著。因此,在使用FLOW-3D进行掺气水流模拟时,应主要对拖曳系数和Richardson-Zaki调节系数进行调校,以提高模型的准确性。

摘要：数值模拟是研究掺气水流的一种不可或缺的手段。但受限于对水气微观耦合机理和多相流模拟方法的认知,考虑掺气作用的数学模型在水利水电工程领域的应用仍不多见。为了探究FLOW-3D软件中亚格子掺气模型的准确性,以某台阶式溢流堰上掺气水流的试验数据为参考,对自掺气水流进行了数值模拟。研究发现所采用的模型可以较好的模拟非掺气区的边界层发展以及掺气的初生位置,且算得的气泡大小在合理的区间之内,但模拟得到的流速和掺气浓度分布与试验值相比仍有一定偏差;拖曳系数和Richardson-Zaki系数乘数对掺气浓度的计算结果影响并不显著;受FLOW-3D中FAVOR技术的影响,湍流参数的计算结果对网格解析度比较敏感。基于上述结果,对此亚格子掺气模型的可靠性进行了综合评价,并对其后期的修正和完善提出了若干建议。研究成果可供相关数值模型的研发完善及类似工程问题的模拟参考。

摘要：为探究掺气模型模拟明渠自掺气水流的可靠性,采用亚格子掺气模型、变密度模型和漂移流模型相结合的混合框架亚格子掺气模型对3种典型坡度下的明渠自掺气均匀流进行了数值模拟。计算结果表明,所用模型可较好地计算两相流的速度分布,在缓坡下难以捕捉掺气浓度高于0.3的区域,导致计算得到的断面平均掺气浓度较低;而在中坡和陡坡下所用模型的扩散性高于实际,进而会得到高于实际的断面平均浓度;中坡和陡坡情况下计算的气泡绝对大小和在断面上的分布规律较为合理,但缓坡情况下的气泡直径分布规律性较差。总体来看,该模型应用于中坡和陡坡明渠的掺气计算可靠性较高,但仍需一定的参数校验。而对于缓坡明渠的计算结果的可靠性则较差。

摘要：针对三峡水库试验蓄水期高水位条件下深孔泄洪时坝前出现立轴旋涡和深孔泄槽水流流态不稳定等问题,以改善坝前水流流态、提高泄洪设施运用的安全性为目标,采用模型试验和数值模拟计算相结合的方法,开展了大比尺深孔泄槽水流紊动特性模型试验、坝前流场及旋涡数值模拟分析、泄洪调度优化模型试验。研究结果表明:坝前立轴旋涡是由上游斜向进流和深孔泄洪共同作用形成的,坝前旋涡为表面旋涡;水流斜向进流会加大深孔泄槽水流掺气空腔的摆幅和水流紊动强度,引起水体间歇性抬升;高水位时运用深孔泄洪,应保持坝前正向进流条件;运用表孔泄流可起到改善坝前流场和消除旋涡的作用。在三峡水库蓄水期,水位170 m以上采用先开启表孔、后开启深孔泄洪的泄洪调度方式是可行的。

摘要：挑流消能工广泛应用于高水头泄洪建筑物消能,但目前大部分挑流消能工多为自由出流工况,在淹没出流条件下应用较少。本文采用三维CFD技术对咸丰丁寨泄洪排涝隧洞淹没出流工况下小挑角消能工的泄洪流态及消能效果进行研究。首先对比了自由出流和淹没出流下挑流消能的消能特性,然后分析了不同频率洪水下挑流消能的三维流态、湍动能及消能率。结果表明:小挑角挑流在下游水位较低时,挑射水舌类似于跌流消能;当下游水位较高时,隧洞出流主流与尾水水流撞击,类似于面流消能。由于小挑角下,挑射水流纵向拉伸不够,难以形成挑射水舌,消能效果不佳,本工程各频率泄洪条件下消能工的消能率均低于70%,建议优化消能工体形,提高消能效果。该研究可为淹没条件下的挑流消能工设计提供参考。

摘要：为研究一种联合消能结构——非完全宽尾墩、消力池和梯形墩相结合的结构在低Fr数下的消能机理,采用模型试验和数值模拟方法对河南省出山店水库泄洪表孔进行研究.数值计算所得水面线与模型试验所测结果吻合良好,说明数值模拟的可靠性.通过对宽尾墩和平尾墩消力池内部流场的对比分析,得到非完全宽尾墩提高消能效果的机理:非完全宽尾墩能使水流横向扩散的空间增大,增强消力池首部水流的立轴旋滚;消力池内存在较大的横向速度梯度,产生剧烈的紊流剪切和横向流动.相对于平尾墩消力池,宽尾墩消力池能较好地控制出池水流的流速及流态,减少下游河岸冲刷,在设计时可以予以参考.

摘要：为了探究不同布置形式的溢流坝进水口导墙对工程运行的影响,以直线型和直线圆弧组合型两种布置形式的导墙为例,通过整体物理模型试验和数值模拟的方法分析了闸孔进口及土石坝附近的流态、流速、紊动能等水力学特性。结果表明,直线型导墙会使其附近水流流态紊乱,降低临近闸孔的泄流能力,还会冲刷土石坝坡脚;直线圆弧组合型导墙可有效改善直线导墙形成的不利流态,为闸孔稳定泄流提供保障。研究结果可为其他类似工程导墙布置提供参考。