溢流孔分流齿坎对水舌形状及水垫塘底板冲击压力的影响
变缝宽异型构造底板脉动压力特性试验
变缝宽异型构造底板脉动压力特性试验作者：马斌李浩韡马永磊张涛来源：《南水北调与水利科技》2016年第04期摘要：在水利工程中，水垫塘是大坝的重要安全防护设施之一，在高速水流冲击下，水垫塘的安全与稳定关系到大坝能否正常运行。
以某消力塘水工模型试验为背景，结合模型试验结果，对比分析了不同缝隙宽度对底板下表面脉动压力特性的影响。
研究表明：在水跃稳定区，带键槽底板下表面的脉动压强系数会随着键槽间的缝隙宽度的增大而增大，带键槽底板概率密度分布图的正态性较好；当键槽缝隙宽度增大时，带键槽底板可能产生的最大脉动上举力有所减小；对于相同测点，键槽缝隙宽度越大，下表面缝隙涡旋的平均尺度和脉动压力空间积分尺度都越大；随着键槽缝隙宽度变小，带键槽底板下表面的脉动能量更加集中于低频。
关键词：水利水电工程；水垫塘；键槽；模型试验；脉动压力中图分类号：TV653 文献标志码：A 文章编号：1672-1683（2016）04-0123-06Abstract：In hydraulic engineering，the plunge pool is the key to the safety of protecting structure.It affects whether the dam can operate safely or not under impact of high-speed water flow.Based on a plunge pool hydraulic model test and its results，this paper discussed the characteristics of fluctuating pressure acting on the under-surface of the slab with different gap widths.The analysis results showed that in the stable hydraulic jump area，the fluctuating pressure intensity coefficient of slab with keyway increased with the increase of the gap width between slot plates.The probability density distribution was in accordance with the normal distribution.When the gap width increased，the maximum fluctuating uplift force decreased.At the same point，the greater the gap width was，the greater the average eddy scale and spatial integral scale were.With the decrease of the gap width，the pressure fluctuation energy of slab was concentrated more on low frequency section.Key words：hydraulic and hydroelectric engineering；plunge pool；keyway；model test；fluctuating pressure随着我国水利事业飞速发展，一大批高坝正在兴建，高水头、大流量、窄河谷的特点导致了泄洪消能安全问题更加引人关注，许多水利工程泄洪消能建筑物都或多或少的受到冲击破坏。
溢流面板堆石坝泄槽底板稳定及结构应力分析
溢流面板堆石坝泄槽底板稳定及结构应力分析廖海梅;赵青;陈桂友【摘要】基于推导的泄槽底板抗滑稳定安全系数计算式,运用正交设计的直观分析法进行底板稳定性敏感性分析,结果表明阻滑板长度、底板长度和溢流平均速度是影响底板稳定的重要因素.从底板的抗滑稳定角度,分析及计算底板最大允许流速范围为15.33～40.67m/s.最后以实际工程为例,分析了泄槽底板在单一阻滑板加固作用下的抗滑稳定性以及阻滑板与底板的应力.【期刊名称】《南水北调与水利科技》【年(卷),期】2014(012)006【总页数】5页(P116-119,139)【关键词】溢流面板堆石坝;泄槽底板;稳定分析;结构应力分析【作者】廖海梅;赵青;陈桂友【作者单位】贵州大学土木工程学院,贵阳550025;贵州大学土木工程学院,贵阳550025;贵州大学土木工程学院,贵阳550025【正文语种】中文【中图分类】TV641.4Abstract:On the basis of the derived calculation formula for the anti-sliding safety coefficient of chute bottom slab,the sensitivity analysis of bottom slab stability was performed using the intuitive analysis method with orthogonal design,which indicated that the lengths of anti-sliding plateand bottom slab,and the overflow average velocity are the main factors to affect the stability.From the perspective of anti-sliding stability,the maximum allowable flow velocity of the bottom slab was about 15.33～40.67 m/s.Based on one practical project,the anti-sliding stability of chute bottom slab and the stress between the anti-sliding plate and bottom slab were investigated under the reinforcement effect of single anti-sliding plate.Key words:overflow concrete faced rock-fill dam;chute bottomslab;stability analysis structural;stress analysis溢流面板堆石坝是将溢洪道布置在下游堆石体上的一种新型坝体，洪水直接通过坝身泄槽向下游泄流，能够避免岸边溢洪道可能存在的开挖量大、高边坡处理等问题，简化枢纽布置，降低工程造价。
一种新型舌瓣鼻坎消能工的应用研究
人 民 黄 河YELLOW RIVER第43卷第6期2021年6月Vol.43 ,No.6Jun. , 2021【工程勘测设计】一种新型舌瓣鼻坎消能工的应用研究张桂花-胡士辉2,张晓雷3,李 彬4(1•河南省水利勘测设计研究有限公司，河南郑州450016； 2•黄河水利委员会水文局，河南郑州450004；3.华北水利水电大学水利学院，河南郑州450046； 4•中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津300222)摘 要：为了解决大石涧水库碾压混凝土重力坝消能区河床集中冲刷问题，结合连续式和差动式挑流鼻坎体形的优点研究提出了一种新型舌瓣型鼻坎消能工，采用物理模型试验和基于Flow-3D 的数值模拟研究方法对该新型挑流鼻坎进行了设计方案优化。
研究结果表明：该新型消能工可使水流纵向展开、横向扩散,水舌在空中能够充分掺气碰撞消耗其能量，避免水舌集中冲刷河床；可通过调整舌瓣半径改变水流流态及其出流落点，使该新型消能工达到较好的消能防冲效果。
关键词:舌瓣鼻坎；消能效果;横向扩散；数值模拟；大石涧水库中图分类号:TV62；TV882.1 文献标志码：Adoi ：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.06.025引用格式：张桂花，胡士辉，张晓雷，等.一种新型舌瓣鼻坎消能工的应用研究[J ].人民黄河,2021,43(6)： 127-130,135.Study on Application of a New Type of Flip Bucket Energy Dissipater Shaped with Tongue FlapZHANG Guihua 1 , HU Shihui 2, ZHANG Xiaolei 3, LI Bin 4(1. Henan Water & Power Engineering Consulting Co., Ltd., Zhengzhou 450016, China ；2.Hydrology Bureau , YRCC , Zhengzhou 450004, China ；3.School of Water Conservancy , North China University ofWater Resources and Electric Power ， Zhengzhou 450046， China ； 4.China Water Resources Beifang Investigation ，Design and Research Co., Ltd., Tianjin 300222, China )Abstract : In order to solve the issue of concentrated scouring of the riverbed in the energy dissipation area of the RCC gravity dam of Dashi- jian Reservoir , combining with the advantages of continuous and differential flip bucket , a new tongue flap type nasal energy dissipater was proposed. The physical model test and Flow-3D software numerical simulation were used to optimize the design of the new type deflector buck et. The result of research shows that ： the new energy dissipation device enables the water flow to be drawn lengthwise and diffused laterally toform a special three-way flow. The water tongue in the air can be fully aerated collision to consume its energy and to avoid the water tongueconcentrated scouring the riverbed ； the ternary flow pattern and its exit point can be changed by adjusting the radius of the tongue flap. Thenew type of energy dissipation can achieve better effect of energy dissipation and impact prevention.Key words ： tongue flap nasal ridge ； energy dissipation effect ； transverse diffusion ； numerical simulation ； Dashijian Reservoir近年来我国碾压混凝土重力坝建设较多,工程所 处区域地形、地貌、地质条件越来越复杂,在坝高、泄流量、河段地形、地貌、地质条件、经济性等因素影响下无 法米用底流消能方式时,一般米用挑流方式消能。
挑流水舌特性及其影响
挑流水舌特性及其影响宁景昊;宁利中;宁碧波;田伟利;吴昊【摘要】挑流消能是高水头泄水建筑物最常用的消能方式,而水舌特性是影响挑流消能的重要因素之一.根据模型试验和理论分析归纳总结了挑流水舌挑距的计算方法及影响挑距的因素;对比了不同挑坎体型的挑流水舌特性,得出窄缝挑坎水舌充分扩散并提高了消能率;掺气后的水舌改变了其三维扩散轨迹,从而减少了挑流水舌对河床的冲刷;针对挑流雾化问题,分析了泄水建筑物的冲刷和雾化与挑流水舌特性之间的关系.为挑流水舌研究提出进一步的建议.【期刊名称】《黑龙江大学工程学报》【年(卷),期】2017(008)004【总页数】6页(P1-6)【关键词】挑流消能;水舌特性;雾化;掺气;冲刷【作者】宁景昊;宁利中;宁碧波;田伟利;吴昊【作者单位】西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地, 西安710048;西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地, 西安710048;嘉兴学院建筑工程学院, 浙江嘉兴314001;上海大学美术学院, 上海200444;西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地, 西安710048【正文语种】中文【中图分类】TV135.23随着我国经济建设和水利建设的迅速发展，高坝的增多，高速水力学的问题日益突出。
特别是高水头泄水建筑物的消能防冲问题成为水利工程界十分关注的问题。
根据高速水流理论，对挑流水舌在空中的扩散、掺气的正确认识和准确预测是减少冲刷和雾化的关键之一。
通过改变水舌特性有效地解决高速水流带来的冲刷问题，在理论分析和原型观测获得了大量的研究成果[1-5]。
对挑流水舌特性的研究十分重要。
刘宣烈等先后对空中水舌运动特性[6]和三元空中水舌掺气扩散特性进行研究[2]，取得一些初步成果。
谢曌等[7]对空中水舌水力特性的数值模拟研究得出空中水舌形态、水舌扩散特性；刘宣烈等[8]在分析影响挑流水舌运动因素的基础上，对挑流水舌在重力及空气阻力作用下的运动特性进行了探讨，提出了考虑空气阻力影响的水舌挑距计算式；刘斌等[9]通过模型试验和数值模拟结合的方法，提出加角的斜切式挑坎的挑流水舌在空中运动时紊动剧烈，砸落水垫时紊动能耗散迅速，有利于下游防冲的观点。
溢流对城市排水系统压力的评估
溢流对城市排水系统压力的评估一、城市排水系统概述城市排水系统是城市基础设施的重要组成部分，负责收集、输送和处理城市产生的雨水和污水。
随着城市化进程的加快，城市排水系统面临着日益增长的压力，其中溢流现象尤为突出。
溢流是指在降雨或融雪等自然因素影响下，排水系统超出其设计容量，导致雨水和污水溢出进入河流、湖泊或地下水系统。
这不仅会对城市环境造成严重污染，还可能引发城市内涝、水体富营养化等一系列问题。
1.1 城市排水系统的基本组成城市排水系统通常由以下几个基本部分组成：收集系统、输送系统、处理系统和排放系统。
收集系统包括雨水口、检查井等，负责收集地表水；输送系统主要指排水管道和沟渠，将收集到的雨水和污水输送至处理设施；处理系统包括污水处理厂，对污水进行净化处理；排放系统则负责将处理后的水体安全排放到自然水体中。
1.2 溢流现象对城市排水系统的影响溢流现象对城市排水系统的影响是多方面的。
首先，溢流会导致未经处理的污水直接排放到自然水体中，增加水体污染的风险。
其次，溢流还可能引起城市内涝，影响市民的正常生活和出行安全。
此外，溢流还可能对城市基础设施造成损害，如道路、桥梁等。
二、溢流对城市排水系统压力的评估方法对溢流现象进行评估是城市排水系统管理的重要环节。
评估的目的是确定排水系统在不同降雨条件下的运行状况，以及溢流对环境和城市生活的影响程度。
评估方法通常包括以下几个步骤：2.1 数据收集与分析评估溢流对城市排水系统压力的第一步是收集相关数据，包括降雨量、排水系统的流量、水位等。
这些数据可以通过现场监测、历史记录和模型模拟等方式获得。
数据分析的目的是确定排水系统在不同降雨条件下的响应特性。
2.2 模型建立与模拟基于收集的数据，建立城市排水系统的数学模型，模拟不同降雨条件下的排水过程。
模型应能够反映排水系统的动态特性，如管道的流动阻力、检查井的溢流能力等。
通过模型模拟，可以预测在特定降雨条件下的溢流量和溢流时间。
溢洪道贴角斜挑坎挑流水舌水力特性研究
溢洪道贴角斜挑坎挑流水舌水力特性研究刘斌;刁明军;赵静;赵晶【摘要】溢洪道出口挑坎体型的设计会依据工程的需求而有所不同.通过模型试验和数值模拟结合的方法,将常规的斜切式挑坎与加贴角的斜切式挑坎的水舌形态、水舌挑距、挑高、水舌及下游紊动能和紊动能耗散率进行比较分析,得出了加贴角后斜挑体型的新的特征.对于狭窄河道大交角溢洪道,加贴角斜切式挑坎能够使挑流翻转偏向一侧,有利于挑流的归槽,减小了入水宽度和对单侧岸坡的冲刷,且挑流在空中运动时紊动剧烈,砸落水垫时紊动能耗散迅速,有利于下游消能防冲.【期刊名称】《西南民族大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(042)005【总页数】9页(P573-581)【关键词】溢洪道;贴角斜挑坎;挑流水舌;数值模拟;紊动能【作者】刘斌;刁明军;赵静;赵晶【作者单位】四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室,四川成都610065;四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室,四川成都610065;四川省冶金设计研究院,四川成都610065;四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室,四川成都610065【正文语种】中文【中图分类】TV651.1我国西南山区水力资源丰富，地质地貌复杂，水利水电工程普遍具有高水头、大流量和深峡谷的特征.因此，下游的泄洪消能方式往往是我们研究的重点.挑流消能具有成本低、体型简单、消能效果良好的特点，往往成为高水头水电站的首选泄洪方式.水流经鼻坎挑射后，在空中掺气扩散，落入下游水垫塘时转化为紊动能，使水流能量迅速衰减.目前对于挑流水舌的研究方法主要有物理模型试验和数值模拟.物理模型试验结果可靠度高，但对于挑射水舌的捕捉及测量较为困难；而数值模拟可以弥补该方面的不足，针对瞬时、局部流态可以进行详细地分析.薛宏程[1]、李玲[2]等验证了VOF法在研究挑射水流水力特性的可行性.刘文[3]提出了一种岸边溢洪道从侧面分散挑射出流的布置形式，并用物理试验和数值计算进行了研究.这些研究说明了数值模拟在挑流研究方面的可行性.此外，莫海春[4]将溢洪道挑坎按不同的斜切角度计算水舌的入水宽度，表明随着斜切角度的增大，入水宽度先增后减；薛宏程[1]计算了斜切式挑坎的挑流形态；杜青[5]分析说明了斜向挑坎在实际工程运用中的优点；刘宣烈[6]从机理上推导了空中水舌的运动特性，得出其扩散的原因及流速分布；孙建[7]对水舌空中碰撞的水力特性研究得出水舌空中碰撞消能的可行性.通过前人的研究，可以得出斜切式挑坎能使挑流左右落水点出现差异，减小对某侧岸坡的冲刷.但在某工程中，下游河道极为狭窄，溢洪道与下游河道交角较大，一侧岸坡凸出，水流经溢洪道末端挑坎挑出后，右侧部分水流会落在右岸边坡上，对岸坡造成冲刷.采用常规的斜切式挑坎后，仍有少部分水流落在岸坡上.为避免对右岸岸坡的冲刷，使挑流更加偏向下游河道中心，经过物理模型试验优化，采用加贴角斜切式挑坎.本文基于优化后的挑坎体型建立三维数值模型，采用RNGkˉε紊流模型及流体体积法(VOF)，较为准确的模拟了挑流形态及水舌各项水力学特征，并与不加贴角的斜切式挑坎进行比较研究，以便为同类工程提供参考.2.1 控制方程在VOF模型中，由于水和气共有相同的速度场和压力场，因而对水气两相流可以像单相流那样采用一组方程来描述流场.对于本文采用的kˉε紊流模型，连续方程、动量方程和k、ε方程分别表示如下:连续方程:动量方程:k方程:ε方程:式中，ρ和μ分别为按体积分数平均的流体密度和分子粘性系数.p为修正压力；μt为紊流粘性系数，它可由紊动能k和紊动耗散率ε求出:上列方程组中，Cμ为经验常数.σk和σε分别为k和ε的紊流普朗特数.G为生成项，它由下式定义:式中的常数Cμ＝0.09，Ck＝1.0，Cε＝1.3，Cε1＝1.44，Cε2＝1.92.引入VOF模型的kˉε紊流模型方程与单相流的kˉε模型形式是完全相同的.只是密度ρ和μ的具体表达式不同，ρ和μ是体积分数的函数，而不是常数.它们可由下式表示:式中，αw为水的体积分数，ρw和ρa分别水和气的密度.μw和μa分别为水和气的分子粘性系数.通过对水的体积分数αw的迭代求解，ρ和μ值都可由式(7)、(8)求出.2.2 数值方法本研究采用有限体积法来离散计算区域，然后在每个控制体积中对微分方程进行积分，再把积分方程线性化，得到各未知变量，如速度、压力、紊动能k等的代数方程组，最后求解方程组即可求出各未知变量.式中，t和U分别为时间和速度矢量，φ为通用变量，可用来代表u，v，w，k和ε等变量.Γφ为变量φ的扩散系数，Sφ为方程的源项.3.1 溢洪道布置及计算区域网格划分某工程采用溢洪道消能，溢洪道平面布置情况以及常规斜挑和加贴角斜挑两种体型如图1所示.本文以该工程溢洪道下泄水流为研究对象，并按1:40比尺建立了试验模型和按实际尺寸建立了计算模型.计算模型中，坐标原点设在中孔底板中间处.为保证计算的可靠性，上游模拟至闸前180m，下游河道模拟300m长，模型如图1所示.网格划分采取分区加密，对水舌区域及溢洪道部分，网格加密至1m，总数约为70.8万.常规斜切式挑坎右侧出口高程753.75m(模型原点高程787m)，右侧出口高程748.54m；加贴角的斜切式挑坎右侧出口高程753.08m，右侧出口高程748.54m.此外，根据试验最大冲坑深度，为使计算空间有一定富余，下游最低点高程设定为710m.图2展示了俯视时，两种挑坎体型附近处的网格划分情况. 3.2 计算边界条件模拟选定设计工况，流量为2380m3/s，故进口设定为速度进口；下游河道出口设置为自由出流，便于控制下游水位，下游水位742m；壁面设置为无滑移的边界条件；模型上表面均设置为压力入口.4.1 溢洪道水面线及流速对比加贴角的体型下，将试验测得的水面线与模拟结果进行对比，如图3、4所示.两者吻合良好，水面线沿程降低，在反弧段附近水深加大，且出挑处试验水深与模拟水深较为接近，为之后水舌形态的研究提供了保障，表明模拟的可行性.将加贴角体型下溢洪道中间剖面的流速进行对比，两者误差都在5%以内，说明本次计算是成功的.4.2 水舌挑距和水舌挑高挑坎末端到水舌入水处的水平距离定义为挑距.此外，因水舌外缘波动较大，故以水舌内缘作为标准.由于挑距是判断大坝安全与否的重要水力参数，也是本文研究的重点内容之一.水舌最高点到挑坎出口最高点的垂直距离定义为水舌挑高.水舌挑高越高，水流滞空时间就越长，掺气就会更加充分，同时也能增加紊动能耗散率[8].由于斜切式挑坎的不对称性，出现了左右挑距不对等的情况.取水舌最右和最左的两个挑距作为研究对象，来进行比较分析.如表2所示，试验值与模拟值极为接近，误差均在5%以内，水舌计算的准确性为下文紊动能及紊动能耗散率的分析提供了保障.两者最大挑距均出现在右侧，且由于翻转水流的存在，挑流中部分水体落点较远，加贴角的最大挑距略大于不加贴角的，最小挑距两者接近.水舌挑高也因贴角的存在而明显拔高，能使水舌在竖直方向上拉伸更充分，竖直方向上水体掺气会更加充分，增大了水体与空气的接触面积，有利于动能转化为内能，最后以紊动能的形式耗散.在斜切的基础上增加贴角，对挑距影响较小，但挑高增加明显，这是常规式斜切挑坎与加贴角斜切挑坎的差异处.4.3 水舌形态分析本工程位于峡谷地带，溢洪道与下游河道交角较大，河道较窄，采用常规的挑流形式甚至采用常规的斜切式挑流[9]都可能对岸坡造成冲刷.因此需要考虑水舌的沿河道纵向拉伸扩散及横向收缩，使挑流居于下游河道中心位置，避免对河岸的冲刷.由于挑流水舌破碎严重，且VOF法是一种假设水体不破碎、水气掺混不严重来追踪自由表面的方法[1]，故模拟得到的空中水舌会由于破碎与物理模型中的形态有一定差别，但水舌的总体形态、运动轨迹与实际情况是基本吻合的.图5展示了两种体型的三维挑流形态.不加贴角时挑坎是常规的斜切式.由于左右两侧高程及长度的不同，挑流会发生轻微的偏转，使水舌呈现左低右高的形态，且落水点也是左近右远，挑流的整体形态较为稳定，落水处波动较强[10-14].在斜切的基础上增设贴角后，右侧水舌发生明显的翻转，沿河道纵向扩散更加显著；左右落水点距离更远，右落水点更偏向于河道中心；水体在翻转的过程中，破碎较为严重，掺气更加充分；翻转的水舌在空中扩散，形成多股水流，与未翻转水舌在空中碰撞，能起到一定的消能效果，减小入水冲击，有利于对下游河道的保护.图6展示了两种体型侧视的水舌形态图.加贴角后水舌翻转显著，翻转水流紊动较强，呈月牙形分布，纵向拉伸效果良好.综上所述，加设贴角后，右侧水流在空中形成翻卷水舌，纵向拉伸，增大了水舌与空气的接触面积，交界面上的摩擦可以将部分动能转化为内能，在水体中以紊动能的形式耗散；且翻转水流扩散成多股，落在未翻转水舌上，减小了对下游河道的冲刷.4.4 水舌入水特性水舌在空中做抛体运动，斜切型挑坎使得左右侧挑坎挑出的水流飞行轨迹出现不同[15].两种体型下，入水速度差异不大，但入水角度略有差异，见表3.入水宽度(水舌内缘接触水面的长度)不加贴角的情况下横向拉伸，远大于溢洪道宽度35m，下游河道狭窄的情况下容易对右岸坡形成冲刷，不利于下游河道安全稳定；加贴角时，右侧水流向左侧翻转，入水宽度减小，但沿河道方向有一定纵向拉伸，水流较为分散，主流更集中于下游河道中心，能有效保护右侧岸坡.但入水宽度的有可能使单位面积流量增加，不利于下游的防冲.故对挑流的入水面积进行比较分析.入水面积是挑流落入下游河道时与水面接触的面积大小.入水面积越大，单位面积上的流量就越小，冲击压越分散.由图7可以看出，两者入水面积差距较小，故入水宽度的减小不会使挑流落水处的冲击压增大很多，且河道中心处水垫较厚，对挑流入水有更明显的缓冲作用，避免对河床的冲刷.不加贴角时，沿河道方向扩散充分，但更偏于右岸；加贴角后，垂于河道方向有所拉伸，且远离右岸.由此可见，加贴角斜切式挑坎使水流翻转，偏于河道中心位置，有利于挑流的归槽，减小入水宽度，减小对下游岸坡的冲刷.4.5 挑射水舌及下游紊动能分析水舌在空中做抛体运动时，紊动强烈，水舌区域具有较大的紊动能[16].两种体型下，水舌从挑坎末端挑出后至落水点，随着在空中掺气时间的增加，紊动能是沿程增大的.如图8，不加贴角时，左侧剖面空中最大紊动能为15m2/s2，右侧最大为20m2/s2；如图9，加贴角时，左侧剖面空中最大紊动能最大为20m2/s2，右侧最大为25m2/s2.由此可见，加贴角后，水流在空中翻转，掺气更强烈，使得水舌在空中紊动更剧烈.紊动能可以反映主流中有多少能量传递给了湍流.加贴角的时候主流(平均流动)有更多的能量传给了湍流.不加贴角时，紊动能耗散率左侧最大为20m2/s3，右侧为40m2/s3，如图10；加贴角后，左侧最大紊动能耗散率提升到30m2/s3，右侧提升至50m2/s3，如图11.两种体型的紊动能耗散率在水舌运动方向上沿程增加，说明挑流的消能效果显著.同时，加贴角后，翻转的水流会与斜切出来的水舌碰撞以及翻转水流增大了与空气的接触面积，部分动能因碰撞和摩擦转化为内能，形成较大的紊动能.且水舌落水后，紊动能迅速降低，紊动能耗散率增大.通过对紊动能和紊动能耗散率的分析，能看出加贴角的方案能让水舌在空中紊动更剧烈，落入下游水垫面时，紊动能迅速耗散，能达到较好的消能效果，减缓对下游河床和岸坡的冲刷.在近于下游水面的位置，作垂直于Z方向的剖面，紊动能等值线如图12所示.加贴角后，紊动能减小，最大值由9.14m2/s2减小至6.43m2/s2且紊动能较大值的范围减小，紊动能大于等于1m2/s2的范围沿河道方向收缩.由此可见，加贴角后形成的翻转水流不仅能使挑流归槽居于河道中心，也能有较好的效能效果，减小对下游河床的冲刷.研究结果表明，运用采用RNGkˉε紊流模型及VOF方法的数值模拟在挑射水流的计算上较为准确，与物理模型得到的结果基本吻合.文中通过对常规斜切式挑坎和加贴角斜切式挑坎两种体型的各项水力学参数对比研究，得出了后者在面对狭窄河道大交角溢洪道时的优点.通过加设贴角使右侧水流翻转，入水横向宽度缩小，挑高增加；水舌翻转后，右侧远离右岸边坡，偏向河道中心，减小了对右岸边坡的冲刷；水舌紊动更剧烈，水舌的动能更多的转化为紊动能并转化为内能耗散；水垫对下游河道起到一定的保护作用.在大交角狭窄河道中，普通体型的挑坎往往不能满足实际需求，而常规的斜切式挑坎也有其局限性.加贴角的斜切式挑坎在面对较为特殊的下游河道时，具有较好的优势，为工程实践提供一定的参考价值.【相关文献】[1]薛宏程，刁明军，岳书波，等.溢洪道出口斜切型挑坎挑射水舌三维数值模拟[J].水利学报，2013(6):703-709.[2]李玲，陈永灿，李永红.溢洪道出口扭曲型挑坎水流的数值模拟[J].水力发电学报，2007，26(2):79-82.[3]刘文，邓军，卫望汝，等.岸边溢洪道侧面挑入消力池消能方式研究[J].水力发电学报，2015(4):111-118.[4]莫海春，陈和春，罗伦，等.斜切挑坎水舌入水宽度随切角变化规律研究[J].水电能源科学，2013(11):124-126.[5]杜青，王晓燕，刘希成.斜向挑坎在溢洪道设计中的应用[J].山东水利，2004(10).[6]刘宣烈，张文周.空中水舌运动特性研究[J].水力发电学报，1988 (2).[7]孙建，李玉柱.水舌空中左右碰撞的水力特性及其作用下的河床基岩冲刷平衡深度估算[J].应用力学学报，2004，21(3):134-137.[8]刘宣烈，刘钧.三元空中水舌掺气扩散的试验研究[J].水利学报，1989(11):10-17.[9]徐兰兰，刁明军，岳书波，等.狭窄河道大交角溢洪道挑坎体型优化试验研究[J].西南民族大学学报(自然科学版)，2012，38(2): 316-319.[10]夏鹏飞.燕尾挑坎溢洪道三维数值模拟研究[J].中国农村水利水电，2015(6):124-128.[11]姚文玲.那新水电站溢洪道出口挑坎结构形式的试验研究[J].红水河，2007，26(4):32-34.[12]张先起，梁川.紫坪铺水利枢纽工程溢洪道挑坎体形研究[J].四川大学学报(工程科学版)，2002，34(3):28-30.[13]龚菲.浅谈水库溢洪道设计中斜向挑坎的应用[J].工程技术，2015(22):134-134.[14]邱春，刘承兰，赵彤.带斜切型挑坎的溢洪道水力特性三维数值模拟[J].东北水利水电，2015，33(7):45-48.[15]姚文玲.那新水电站溢洪道出口挑坎结构形式的试验研究[J].红水河，2007，26(4):32-34.[16]姜信和.挑射水舌掺气扩散的理论分析初探[J].水力发电学报，1989(3):70-76.。
第八章孔口(管嘴)出流、堰顶溢流和闸孔出流_水力学-5页精选文档
第八章 孔口（管嘴）出流、堰顶溢流和闸孔出流1、当 H =2 m ，δ=0.6 m ，如图所示的的建筑物为实用堰。
( )2、当水头及其它条件相同时，薄壁堰的流量大于实用堰的流量。
( )3、只要下游 水位超过宽顶堰堰顶，一定是淹没出流。
( )4、两个WES 型实用堰，堰高大于三倍水头，它们的设计水头不等，即d2d1H H ≠，但泄水时d11H H =，d22H H =，则它们的流量系数 m 1=m 2。
( )5、无侧收缩与收缩的实用堰，当水头、堰型及其它条件相同时，后者通过的流量比前者大。
( )6、锐缘平面闸门的垂向收综系数'ε 随相对开度He的增大而 ( )(1) 增大 (2) 减小 (3) 不变 (4) 不定7、当实用堰水头 H 大于设计水头 H d 时，其流量系数 m 与设计流量系数 m d 的关系是 ( ) (1) m =m d (2) m > m d (3) m < m d (4) 不能确定8、平底渠道中弧形闸门的闸孔出流，其闸下收缩断面水深 h c0 小于下游水跃的跃前水深 h 1，则下游水跃的型式为 ( )(1) 远离式水跃 (2) 临界式水跃 (3) 淹没式水跃 (4)无法判断9、有两个 WES 型实用堰(高堰)，它们的设计水头分别为 H 1=H d1，H 2=H d2，则它们的流量系数 m 1 与 m 2 之间的关系为 ( ) (1) m 1 > m 2 (2) m 1 < m 2 (3) m 1=m 2 (4)无法确定10、WES 型实用堰 (高堰)，当水头等于设计水头 H d 时，其流量系数 m 等于 ( ) (1) 0.385 (2) 0.49 (3) 0.502 (4) 0.6511、闸孔自由出流的流量公式为 ( ) (1) 230v 2H g mnb q ε= (2) 23v 2H g mnb q σε=(3) )(20v e H g nbe q εμ'-= (4) )(20v e H g mnbe q ε'-=12、宽顶堰的总水头 H 0=2 m ，下游水位超过堰高度 h a =1.0 m ，此种堰流为_______________出流。
孔口出流、堰顶溢流和闸下出流
H0 0.80 0.81 0.82 0.83 0.84 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89
1.00 0.995 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.93 0.90 0.87
H0 0.90 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98
1
1
2g(H0 H0 )
，流速系数 1
1
v1 2g(1)H0
WHQU kH0bv1 kH0b
1
1
2g(H0 H0 ) k
1b
2
g
H
3 0
/
2
令 m k 1
Q mb 2gH03/ 2 称为堰流基本公式。
为了方便，可将公式改写成如下形式
Q m0 2gbH3/ 2
式中 m0 m(10v02 / 2gH)3/ 2 堰流基本公式适用于各种形式的堰流，只是流量系
t 2 H 2H 2V
A 2g A 2gH Qmax
变水头出流时容器“泄空”所需要的时间，等于
在起始水头H作用下恒定出流流出同体积水所
需时间的二倍。
8-3 管嘴出流
WHU
1、圆柱形外管嘴恒定出流
H
0v02
2g
v2
2g
hw
h
n
v2 2g
v
1
n
2gH0 n 2gH0
Q n A 2gH0
数不同而已。
2. 矩形薄壁堰流
WHU
测量流量用的矩形薄壁堰，一般都做得和上游 进水槽一样宽，这样，水流通过堰口时，不 会产生侧向收缩。
1)具有溢流水舌有稳定的外形；(堰顶必须做成 向下游倾斜的锐角薄壁 )
2)稳定的流速分布和压强分布；(堰板下游侧墙 内埋设通气孔，使水舌内外缘空气压强相等 )
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基金项目
作者简介湖南安乡人博士主要从事水力学及河流动力学研究
溢流孔分流齿坎对水舌形状及水垫塘底板冲击压力的影响
万五一
水利水电工程系北京
摘要对采
测量了单孔泄洪时齿坎对水舌形状和落水区域的影响并研究了表孔和深孔联合泄洪时不同分流齿坎设置方案对水舌空中碰撞效果及水垫塘
试验结果表明采用中间表孔设置齿坎和边侧表孔不设置齿坎的整体布置形式可以提高碰撞消能效果
关键词分流齿坎表孔中孔消能泄洪
研究背景
对于这种泄洪消能的布置如何充分利用水舌的碰撞消能
许多学者就泄洪水舌形
崔广涛等跌落水舌对河床或岸坡破坏的主要
孙建等刁明军等
杨家卫等
玉芝对二滩水电站表孔采用俯角坝面加分流齿坎的布置进行研究还有许多学者对构皮滩
湾溪洛渡
对于大型拱坝的坝身表孔泄洪在表孔出口设置分流齿坎可以改变水舌的形状和落水范围其中大差动俯角
坎对水舌空中碰撞效果以及水垫塘底板冲击压力的影响
分流齿坎的基本布置形式
分流齿坎在表孔布置中的相对位置如图所示分流
如图
间表孔的中间它使出口形成
图溢流表孔上的分流齿坎图分流齿的常见布置形式
如果齿坎设单孔泄洪试验
不同分流齿坎形式对水舌形状及落水区域分布影响的模型试验结果如图
图不同齿坎布置的水舌落水形状与相对位置
表孔设置分流齿坎后
有齿坎的部位水流上挑坎上水深变
挑
齿坎布置的水舌落水区域的形状如图有齿坎的部位水舌上挑无齿坎的中间形成一道较深
水舌中间的纵向分布
中间双齿坎布置的水舌落水区域的形状如图
扩散
因此可能在齿坎迎水面与表孔溢流面相交处发生空化现多孔联合泄洪试验
联
无齿坎情况水舌落水区域与碰撞特性
联合泄洪的水舌空
通过对表孔和深
所示图中
至至
水舌落水范围示意
与深孔相比
角可以错开为保证水舌归槽良好相邻水舌通常叠
如图
此同时泄洪时表孔和深孔的水舌在空中碰撞
不同齿坎方案对比性试验测试在高坝坝身泄洪表孔布置齿坎其主要目的是扩散水流改善泄
既有可能减小水垫塘底板的冲击压力
为了分析不同分流齿坎的布置形式对水舌碰撞和水垫塘底板冲击压
无齿坎双中齿坎无齿坎
三外侧边齿坎双边齿坎外侧边齿坎
四无齿坎双边齿坎无齿坎
五无齿坎无齿坎无齿坎联合泄洪水舌交叉碰撞特性
表孔不设置齿坎时
表孔水舌与深孔水舌碰撞位
如果只对部分表孔设置分流齿坎
距较远的深孔水舌与挑距较远的表孔水舌碰撞
而去掉表孔边孔的齿坎时
联合泄洪水垫塘底板冲击压力测试对以上种方案联合泄洪的水垫塘底板受到的冲击压力
表
在初始方案的基础上
优化前后的水垫塘底板最大脉动压力过程分别如图和图由图
方案优化后的水垫塘底板的冲击压力分布如图
上游水位?方案一
方案二方案三方案四方案五
试验结果对比分析
以上变化规律是各方案的共同之处除
尽管和
去掉齿坎可以使水舌与深孔碰撞
图
水垫塘底板冲击压力分布
本试验方案一
过将水舌分成溢流表孔采用中间齿坎的形式可能更有
从
水垫塘的落水区域来看
孔去掉齿坎后
并且直接与边侧深孔水舌充分碰撞这样有可能使边侧水舌的落水远离最大冲击点并且使碰撞后的整体落水范围在纵向更进一步扩散从而减小水垫塘底板承受的最大
结论
在水力学模型中研究了分流齿坎对水舌形状和水垫塘底板冲击压力的影响包括单孔水舌泄洪和
试验结果表明增加水舌
增大碰撞后的纵向落水范围
参考文献
梁兴蓉
孙建
马麟
秦玉芝
黄国兵
肖白云
周钟。