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古贤水利枢纽导流洞进水口立轴漩涡水力特性及消涡措施研究

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古贤水利枢纽导流洞进水口立轴漩涡水力特性及消涡措施研究

作者：郭水晶天津大学

学位级别：硕士

漩涡是水利工程进水口前一种常见的水力现象,当进水口前出现漩涡时,将对水利工程的运行造成不利的影响。目前,国内外许多学者通过理论分析、物理模型试验和数值模拟等手段对漩涡问题展开了研究,但研究成果还存在一些不足:理论研究成果... 详细信息

漩涡是水利工程进水口前一种常见的水力现象,当进水口前出现漩涡时,将对水利工程的运行造成不利的影响。目前,国内外许多学者通过理论分析、物理模型试验和数值模拟等手段对漩涡问题展开了研究,但研究成果还存在一些不足:理论研究成果的限制条件较多,在实际应用过程中还存在很多问题;数值计算方法虽然省时省力,但是在计算的设置过程中,不同的计算模型得到的计算结果相差甚远,网格的划分方法和尺寸均对模拟结果有较大的影响,故在实际应用中数值计算的方法还存在一定困难;物理模型试验相较以上两种方法而言,得到的结果最为理想,但是研究的针对性太强,往往只能针对某一个工程来总结规律。故在实际研究中,学者们往往会采用相互验证的方法来进行分析研究问题。本文以古贤水利枢纽导流洞为研究对象,对导流洞运行过程中的进水口及洞内流态进行了系统的研究分析,对针对试验过程中发现的进水口立轴吸气漩涡进行了着重研究,主要研究内容及结论如下:(1)本文通过模型试验的方式研究了导流洞泄流过程中的流态变化、水面线变化趋势、压力特性分布,并对导流洞的泄洪能力进行了验证。通过分析试验结果发现,导流洞流态随库水位的升高会从明流转变为明满流继而转变为满流状态,各水位下导流洞出口段流态相差不大,但进口流态以及洞身流态存在较为明显的差异,尤其是在明满流交替对应的部分水位工况下,1#导流洞的进口处出现大尺度的立轴吸气漩涡,大大的增加了洞身空化空蚀的可能性,对导流洞的安全运行构成了威胁。而吸气漩涡的出现使得导流洞运行时洞内大量掺气,有效过流面积减小,1#导流洞的泄流能力降低。同时吸气漩涡的出现会造成导流洞进口段的脉动压强大幅度增大,但影响范围有限,吸气漩涡对进口上唇处的测点及高层470m以上的闸门槽影响较大,峰值由0.8m升至3.5m,此时空化数相较于无涡状态下减小31%,此处空化可能性大大增加。(2)针对研究过程中发现的导流洞进水口处出现漩涡的问题,通过试验观测及数值计算的方法对水力学特性进行分析,对漩涡产生的原因和漩涡特性进行了分析总结。通过试验观察研究总结出了漩涡形成的过程,并确定了导流洞进水口处漩涡形成的临界淹没水深上下限,得到了漩涡出现的淹没水深范围。同时,本文通过数值模拟的方式对导流洞进口流态、进口水流运动特性和水流环量进行了分析总结。研究成果表明:来流环量、行进水流流速以及淹没水深是漩涡形成的三个重要因素,这三个因素相互影响,当达到一定条件时,在导流洞进水口处就极易形成危害性极大的立轴吸气漩涡。水流环量作为主要因素,在数值模拟中对其变化规律进行研究,得出结论:水流环量随随计算半径的增大而增大,最终趋于稳定值。(3)基于本工程特点及漩涡水力学特性的研究成果,本文从来流条件、边界条件、水利条件三方面对影响漩涡的主要因素进行了分析研究,得到结论:闸门开度降低,出现吸气漩涡的范围也随之变小,当闸门开度一定,进水口Fr处于临界Fr之间时,进水口前将出现吸气漩涡。进水口Fr与进口水深与进水口宽高比b/2e有关。进口体型对高水位下的吸气漩涡有较强的抑制作用。这是由于进口滞水区减小,流速梯度较小,而低水位时进口弗劳德数Fr在漩涡的形成中占据主导地位,当高水位时来流环量及行进水流流速共同影响着吸气漩涡的形成,所以改变进口体型,可以在一定程度上降低高水位下的漩涡强度。导流洞的运行方式对漩涡也有影响,得到临界淹没水深拟合公式,双洞运行时,同一弗劳德数下临界淹没水深较低,所以在工程中更有利。(4)通过物理模型试验的方式对提出的六种消涡梁设计方案进行了研究,通过研究各方案的消涡效果,总结了消除古贤水利枢纽导流洞进水口漩涡的方法,单层消涡梁布置间距在0.57以内,对漩涡的消除效果较好,V型消涡梁的消涡效果优于普通水平布置消涡梁,该结论为工程设计提供了一定的理论依据和参考价值。本文以古贤水利枢纽导流洞为主要研究对象,采用模型试验和数值模拟的方法对导流洞水利特性和进口处出现的立轴漩涡进行了研究,并针对消除漩涡给出了具体方案,对实际工程有一定的参考意义。

关键词：立轴吸气漩涡物理模型试验漩涡机理分析消涡措施

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几种典型水工建筑物进水口消涡措施试验研究

长江科学院院报 2011年第2期28卷 21-27页

作者：段文刚黄国兵张晖李利长江科学院水力学研究所武汉430010

为探索水工建筑物进口的消涡措施,以系列水工模型试验为研究手段,分别从电站、导流洞、渠道倒虹吸和河道倒虹吸等典型水工建筑物进水口漩涡形成的诱因与工程实例着手,介绍了消除漩涡的试验过程。进水口前立轴漩涡形成的诱因较为复杂,对... 详细信息

为探索水工建筑物进口的消涡措施,以系列水工模型试验为研究手段,分别从电站、导流洞、渠道倒虹吸和河道倒虹吸等典型水工建筑物进水口漩涡形成的诱因与工程实例着手,介绍了消除漩涡的试验过程。进水口前立轴漩涡形成的诱因较为复杂,对于平面回流、不对称进流和侧向进流等不利流态引发的立轴漩涡,可布设浮堤破除回流(如导流洞)或加高进口两侧翼墙阻断横向水流(如河道倒虹吸),进而达到消减漩涡的目的;对于进口前水流条件较好,而由进口体型导致的立轴漩涡(如渠道倒虹吸),将进口顶部椭圆曲线(或圆弧)加大切点上移至最高运行水位附近或将竖直胸墙调整为向上游倾斜状,可起到挤压漩涡区的作用,引导水流平顺下泄,达到消减漩涡的功效。

关键词：水力学漩涡进水口试验研究消涡措施

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凯乐塔电站进水口消涡措施试验研究

中国农村水利水电 2012年第10期 129-132页

作者：陈兴亮杨磊罗畅李希黄河勘测规划设计有限公司郑州450003 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072

凯乐塔电站受枢纽总体布置及实际地形条件的约束,引水口上游建筑物边界形成一个环状区域。来流受边界条件的影响,在电站右侧进水口前形成吸气漩涡。经过综合分析和多组试验研究,采取优化胸墙结构并设置消涡墩组合方案,消除了进口前的吸... 详细信息

凯乐塔电站受枢纽总体布置及实际地形条件的约束,引水口上游建筑物边界形成一个环状区域。来流受边界条件的影响,在电站右侧进水口前形成吸气漩涡。经过综合分析和多组试验研究,采取优化胸墙结构并设置消涡墩组合方案,消除了进口前的吸气漩涡。方案结构简单,运行稳定可靠。

关键词：凯乐塔电站进水口漩涡消涡措施模型试验

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竖式进水口消涡措施试验研究

中国农村水利水电 2017年第8期 152-155页

作者：杨超林王均星罗志鹏郝鑫杨晓云南省水利水电勘测设计研究院云南昆明650021 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

针对车马碧水库竖式进水口处出现的立轴旋涡,利用水工模型试验,研究了进口水流流速以及淹没深度对该旋涡的影响,根据研究成果提出修建专门消涡建筑物消除旋涡的方案;结果表明:通过在竖式进水口周围设置12个消涡墩以及在进水口上方设置... 详细信息

针对车马碧水库竖式进水口处出现的立轴旋涡,利用水工模型试验,研究了进口水流流速以及淹没深度对该旋涡的影响,根据研究成果提出修建专门消涡建筑物消除旋涡的方案;结果表明:通过在竖式进水口周围设置12个消涡墩以及在进水口上方设置一消涡盖板组成消涡亭的方式实现在不影响泄流能力以及不过多增加工程量的基础上有效消除竖式进水口处的立轴旋涡的目的。研究成果可为竖式进水口消涡措施的布置提供参考。

关键词：水力学水工模型试验立轴旋涡消涡措施

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进水口最小淹没水深和消涡措施

辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2007年第S2期26卷 237-239页

作者：杜敏高学平天津大学建筑工程学院天津300072

为了防止进水口前产生吸气漩涡,水电站或泵站进水口前要求有一定的淹没深度,在总结具有代表性的不产生吸气漩涡的临界淹没水深经验公式的基础上,以某水电站进水口为依托开展了模型试验研究,比较了各经验公式在该电站进水口应用中的适用... 详细信息

为了防止进水口前产生吸气漩涡,水电站或泵站进水口前要求有一定的淹没深度,在总结具有代表性的不产生吸气漩涡的临界淹没水深经验公式的基础上,以某水电站进水口为依托开展了模型试验研究,比较了各经验公式在该电站进水口应用中的适用性。结果表明,戈登公式计算值与试验值最为接近。最后,通过模型试验进一步分析了水电站进水口漩涡的影响因素,提出了几种消除吸气漩涡的工程措施。

关键词：进水口吸气漩涡临界淹没水深消涡措施模型试验

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泄洪排沙洞进口消涡措施试验研究

人民黄河 2009年第1期31卷 94-95,98页

作者：徐自立梁宗祥西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100

呼和浩特抽水蓄能电站泄洪排沙洞进口尺寸较大,大泄量时淹没水深较小,经水工模型试验发现进口前出现持续吸气旋涡,需要采取有效的消涡措施,为此进行了多种消涡方案的试验研究。结果表明,在进水塔上游面设置几道垂直隔板,垂直隔板下部设... 详细信息

呼和浩特抽水蓄能电站泄洪排沙洞进口尺寸较大,大泄量时淹没水深较小,经水工模型试验发现进口前出现持续吸气旋涡,需要采取有效的消涡措施,为此进行了多种消涡方案的试验研究。结果表明,在进水塔上游面设置几道垂直隔板,垂直隔板下部设置水平隔板,可以消除进口前的吸气旋涡。

关键词：进水口旋涡消涡措施模型试验呼和浩特抽水蓄能电站

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泄洪洞进水口消涡措施的研究

中国水运（下半月） 2012年第7期12卷 153-156页

作者：蒙富强陈军郭真余中国水电顾问集团成都勘测设计研究院四川成都610072

水工建筑物进水口前形成的贯通吸气漏斗漩涡,会造成水工建筑物的破坏。对于水利水电工程来说,进水口的布置通常受到更为重要的因素制约,因此一般选择结构简单、方便的消涡措施。文中针对锦屏一级泄洪洞、深溪沟泄洪冲砂洞及长河坝深孔... 详细信息

水工建筑物进水口前形成的贯通吸气漏斗漩涡,会造成水工建筑物的破坏。对于水利水电工程来说,进水口的布置通常受到更为重要的因素制约,因此一般选择结构简单、方便的消涡措施。文中针对锦屏一级泄洪洞、深溪沟泄洪冲砂洞及长河坝深孔泄洪洞等进水口的贯通吸气漏斗漩涡,根据各工程的情况,结合水工模型试验研究,选取合理的防涡及消涡措施。文中的防涡、消涡措施可供类似工程参考与借鉴。

关键词：进水口管通吸气漏斗漩涡泄洪洞消涡措施