摘要：将宽尾墩安置在阶梯溢流坝上游形成一种新的水工设施,它兼有宽尾墩和阶梯溢流坝面的特点,比纯阶梯坝单宽流量可增大数倍。由于在阶梯面与挑射水流之间形成气体空腔,可实现充分掺气。本文对其进行了数值模拟,采用了双孔方案。虽然网格数增加了一倍,但比单孔而言流场更加完整。通过数值模拟得到的墩后水翅、阶梯面挑射水舌和掺气腔体等,与实验观测到的现象吻合。介绍了复杂水工建筑物的网格生成方法。本文的研究成果可以为设计提供参考依据。

摘要：阶梯溢流坝作为一种重要的消能结构已逐渐赢得广大学者和溢流坝设计者的兴趣.为了深入地认识阶梯溢流坝面水气两相流的复杂特性,引入水气两相流混合模型,采用RNG k-ε紊流模型模拟计算了阶梯溢流坝面水气两相流的流速、掺气浓度、初始掺气点和压力等特征参数.实测结果验证了数值模拟的可靠、合理性,有助于深入研究阶梯溢流坝的消能机理.

摘要：宽尾墩与阶梯溢流坝联合消能是一种新型坝面泄流形式的消能工。由于宽尾墩和阶梯的共同作用,其水流表现为很强的三维特性,水气二相混掺剧烈,目前对其流场的三维数值模拟还未见报道,本文采用双方程紊流模型对X型宽尾墩-阶梯溢流坝联合消能的三维流场进行了全场数值模拟,给出了压力特性、流速分布、阶梯及宽尾墩墩后水气两相流的部分特性,计算结果与模型试验数据对比,两者吻合良好,计算发现,在第一级阶梯脱体处存在负压,随后在试验中得到了验证。研究结果表明,采用X型宽尾墩-阶梯溢流坝联合消能,阶梯坝面上能形成明显的纵、横向旋滚,提高了消能效果。

摘要：为研究楔形过渡阶梯对一体化消能工消能的影响,将溢流坝的前6级阶梯设计为过渡阶梯,将过渡阶梯设计为5°、10°和15°坡度的楔形过渡阶梯进行数值模拟研究。根据计算结果发现:水流从阶梯溢流坝过渡到反弧,时均压强增幅会有所减小;水流对一体化消能工的反弧末端造成的压力最大,且随着楔形阶梯坡度的增大,时均压强逐渐减小;时均压强最大值出现在反弧段末端,说明改变一体化消能工的反弧段结构,对其消能效果有显著的影响。

摘要：本文以阿海水电站的阶梯溢流坝为原型,应用水气两相流VOF计算方法以及三维RNG k-ε紊流模型,采用PISO耦合的算法计算速度、压力,利用几何重建格式迭代求解非恒定流,对过渡阶梯段的圆角半径R为0.188m、0.219m、0.250m时的修圆角形过渡阶梯进行数值模拟。主要针对阶梯溢流坝的压力场、紊动动能等水力特性进行研究,分析修圆角形阶梯的圆角半径对阶梯溢流坝面消能的规律。模拟结果表明,修圆角形阶梯的半径越大,在阶梯溢流坝面产生的时均压强越小,紊动动能越大,消能效果越好。圆角半径为0.250m时的修圆角形过渡阶梯在阶梯溢流坝面上的时均压强最小,为112.985kPa,紊动动能最大,为9.090m ^(2)/s ^(2)。

摘要：大坡度阶梯溢流坝在实际工程中有着非常广泛地使用。由于水流掺气,使得水流运动性质通常与坝型有很大的变化,会对水利工程造成许多有利与不利的影响。研究掺气水流的水深,对解决实际工程问题有着很重要的使用价值。但是掺气水流现象的生成原因非常复杂,研究内容较多,通过运用FLOW-3D软件,从纳维-斯托克斯方程出发,通过将模型分割成许多细小的网格,对每个网格的方程进行联立得出模型的具体水流状态情况。通过数值模拟建立阶梯溢流坝模型,设计坡度为40°、51.3°、60°和70°来进行研究。试验得出随着坡度增加,坝始端到掺气发生点的距离逐渐增长,掺气稳定时的水深逐渐降低。

摘要：通过水工模型试验,对左柏水库工程阶梯溢流坝水力特性进行了研究和分析。试验结果表明,阶梯溢流坝设置前置掺气坎后,起始阶梯上的掺气较充分,消除了起始阶梯面上的空蚀风险;单宽流量越大,阶梯上水流形成均匀流的流程越长;阶梯溢流坝的消能率随单宽流量的增加而减小;阶梯溢流坝体形下,下游消力池规模相比光滑溢流坝减小28.7%。试验获得的阶梯段均匀流水深、流速与相应单宽流量计算经验公式可为实际工程下游消力池设计提供参考,试验研究体形适用于单宽流量较小且坝高大于60 m的水利工程。

摘要：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,-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%.

摘要：鉴于阶梯溢流坝采用台阶消能具有较好的消能效果,且阶梯溢流面与WES曲面的衔接处常采用过渡台阶可改善水流流态,采用数值模拟计算与模型试验相结合的方法,分析了四种不同过渡台阶体型下的阶梯坝面水流流态、流速、掺气起始点位置、掺气浓度和消能率等水力特性。研究结果发现,方案2、3、4在流态方面稳定,流速方面有一定的减小,消能率方面显著提高,但方案2、3在掺气起始位置方面略微下降。为此对方案4内凹型的过渡台阶的设置进行3种工况下的试验研究,证明其具有较好的工程价值和研究意义。

摘要：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.