高低跌坎消力池三维水流运动特性数值模拟

1

作者 钟振宇 陈柏雨 蒋勤 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第22期9533-9541,共9页

泄洪消力池水流流态对有效削弱下泄水流能量,保障枢纽结构安全及其下游河道河岸稳定与通航建筑物引航道口门区通航水流条件具有重要影响。以向家坝枢纽高低跌坎式出流消力池为例,采用雷诺平均纳维-斯托克斯(Reynolds-aver-aged Navier-S... 泄洪消力池水流流态对有效削弱下泄水流能量,保障枢纽结构安全及其下游河道河岸稳定与通航建筑物引航道口门区通航水流条件具有重要影响。以向家坝枢纽高低跌坎式出流消力池为例,采用雷诺平均纳维-斯托克斯(Reynolds-aver-aged Navier-Stokes)方程,Realizable k-ε湍流模型和VOF自由表面追踪模型,建立用于复杂固壁边界条件下具有大自由液面变形的强非线性水气二相流三维数值计算模型,对坝面泄洪射流及其在消力池内的流动特性进行模拟研究。首先,基于向家坝枢纽单池泄洪水流运动物理模型试验,通过对比坝面泄洪射流产生的消力池下泄水流流态及表孔与中孔坝面时均压强的模拟结果与实测数据,验证本数值计算模型的模拟精度。在此基础上,模拟分析表孔、中孔单独泄洪及表、中孔联合泄流情景下消力池射流形态、水流结构及消力池与尾坎水面波动特性。结果表明,对高低跌坎式出流底流消能消力池,在相同泄洪流量条件下,不同的表、中孔坝面泄洪调度方式显著影响消力池淹没射流的三维水流运动结构;表、中孔联合泄流可实现多层多股射流的强烈掺混、有效耗散下泄水流能量、降低消力池及尾坎水面波动;所建立的三维湍流运动数值计算模型能够较好地再现高速射流及消力池水流运动。 展开更多

关键词 高低跌坎消力池 坝面泄洪射流 水气二相流 水流运动特性 三维数值模拟

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跌坎消力池脉动压强试验 被引量：11

2

作者 杨敏 李会平 +1 位作者 缑文娟 尹红霞 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2016年第2期24-29,共6页

为了对跌坎消力池的水动力特性作更深入的研究,为跌坎消力池的设计防护提供参考,基于模型试验对跌坎消力池脉动压强的分布规律、幅值特性和频谱特性进行了系统研究。结果表明:水流条件是影响脉动压强的主要因素,跌坎消力池底板脉动压强... 为了对跌坎消力池的水动力特性作更深入的研究,为跌坎消力池的设计防护提供参考,基于模型试验对跌坎消力池脉动压强的分布规律、幅值特性和频谱特性进行了系统研究。结果表明:水流条件是影响脉动压强的主要因素,跌坎消力池底板脉动压强系数沿程呈先增大后减小并逐渐趋于稳定的趋势;跌坎消力池底板中线和靠近边墙的脉动压强相当,脉动压强最大达到总水头的5.1%;跌坎消力池前端位于泄槽边墙延长线附近区域的脉动压强最大,最大达到总水头的11.5%;跌坎消力池前端中线的脉动压强比传统消力池有明显降低,最大降幅达55.2%。 展开更多

关键词 跌坎消力池 水动力特性 脉动压强 功率谱 总水头

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跌坎消力池临底流速试验研究 被引量：8

3

作者 杨敏 李会平 +1 位作者 李树宁 董天松 《天津大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期342-346,共5页

基于模型试验结果,分析比较了跌坎消力池与传统消力池的临底流速分布以及最大临底流速分布特性.分析结果表明:跌坎消力池临底流速分布为谷峰型;在其他条件一定时,随着跌坎高度增加,消力池最大临底流速减小;随着入池能量的增大,射流能量... 基于模型试验结果,分析比较了跌坎消力池与传统消力池的临底流速分布以及最大临底流速分布特性.分析结果表明:跌坎消力池临底流速分布为谷峰型;在其他条件一定时,随着跌坎高度增加,消力池最大临底流速减小;随着入池能量的增大,射流能量增大,到达底板的最大临底流速也相应增大;仅改变跌坎消力池的入池角时,随着入池角的增大,跌坎消力池最大临底流速相应增大.研究结果可为跌坎消力池的设计提供参考和指导. 展开更多

关键词 水力学 跌坎消力池 模型试验 临底流速 流态

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跌坎消力池水力特性试验研究 被引量：13

4

作者 秦翠翠 杨敏 董天松 《南水北调与水利科技》 CAS CSCD 2011年第6期119-122,共4页

为研究跌坎消力池水力特性,基于某工程1∶50水力学模型试验,对跌坎与非跌坎消力池临底流速、时均压强、脉动压强与空间积分尺度进行了对比分析。结果表明,在试验范围内,跌坎消力池底板最大临底流速降低了38.5%;最大时均压强降低了30%;... 为研究跌坎消力池水力特性,基于某工程1∶50水力学模型试验,对跌坎与非跌坎消力池临底流速、时均压强、脉动压强与空间积分尺度进行了对比分析。结果表明,在试验范围内,跌坎消力池底板最大临底流速降低了38.5%;最大时均压强降低了30%;最大脉动压强均方根降低了50%;最小空间积分尺度增大了75%。随着入池水流流量的增大,上述水力学指标变化的幅度呈增大的趋势。从底板安全的角度,跌坎消力池比非跌坎消力池显现出了更为优良的特性。 展开更多

关键词 水力学 跌坎消力池 临底流速 冲击压强 脉动压强系数 空间积分尺度 流能比

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跌坎消力池体型优化数值模拟 被引量：7

5

作者 李树宁 张文静 张庆华 《南水北调与水利科技》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期95-100,共6页

以某高水头大单宽流量的水电站为例,对不同体型参数的跌坎型消力池进行了一系列的数值模拟计算。在原体型设计的基础上,顺次改变出口反坡坡度、池长、进口跌坎坡度及高度,通过数值计算得出了各影响因素的变化对消力池内水力特性的影响,... 以某高水头大单宽流量的水电站为例,对不同体型参数的跌坎型消力池进行了一系列的数值模拟计算。在原体型设计的基础上,顺次改变出口反坡坡度、池长、进口跌坎坡度及高度,通过数值计算得出了各影响因素的变化对消力池内水力特性的影响,以此来确定最优消力池体型。由数值计算结果可得:消力池出口反坡不宜垂直;缩短消力池池长,冲击区时均压强略微减小,临底流速开始变化不大,当消力池池长缩短到一定程度时,临底流速明显增大;减小跌坎坡度,冲击区正向临底流速减小,但反向临底流速增大;降低消力池前半段高程,可使进口临底流速降低,但反坡段临底流速会有明显增大,建议不进行挖深工作;提高底板高程,时均压强减小,临底流速变化不大,考虑到挖方量,建议不降低底板高程。此研究成果可为类似工程设计提供参考和依据。 展开更多

关键词 跌坎消力池 体型优化 水力特性 数值模拟

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宽尾墩跌坎消力池消能水力特性模拟研究 被引量：7

6

作者 田艳 张根广 秦子鹏 《人民黄河》 CAS 北大核心 2014年第8期116-119,共4页

为探究宽尾墩跌坎消力池消能机理及其水力特性,采用RNGκ-ε湍流模型结合VOF两相流数值模拟方法,对宽尾墩联合平底消力池、无宽尾墩平底消力池和宽尾墩跌坎消力池三种方案进行了模拟研究,对比分析了这三种方案的流态及水面线、临底流速... 为探究宽尾墩跌坎消力池消能机理及其水力特性,采用RNGκ-ε湍流模型结合VOF两相流数值模拟方法,对宽尾墩联合平底消力池、无宽尾墩平底消力池和宽尾墩跌坎消力池三种方案进行了模拟研究,对比分析了这三种方案的流态及水面线、临底流速、压强分布。结果表明:宽尾墩跌坎消力池表现出掺气充分,水流紊动剧烈,临底流速小,压强小且分布均匀等特点。 展开更多

关键词 数值模拟 跌坎消力池 宽尾墩 水力特性

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亭子口水电站跌坎消力池减压模型试验研究 被引量：2

7

作者 岳鹏博 姜伯乐 +1 位作者 韩继斌 杨江宁 《人民长江》 北大核心 2011年第21期40-41,69,共3页

采用1:40减压模型,通过测试流态、水下噪声和脉动压力等水力参数,对亭子口水电站闸墩尾部跌坎式底流消力池的空化空蚀特性进行了研究。成果表明:闸墩尾部区域存在强度为发展阶段的剪切流空化,采用8.00m高度的跌坎消力池后,消力池底板空... 采用1:40减压模型,通过测试流态、水下噪声和脉动压力等水力参数,对亭子口水电站闸墩尾部跌坎式底流消力池的空化空蚀特性进行了研究。成果表明:闸墩尾部区域存在强度为发展阶段的剪切流空化,采用8.00m高度的跌坎消力池后,消力池底板空蚀破坏的可能性较小;但消力池边墙与闸墩内壁侧扩距离较小时,边墙空蚀破坏的可能性较大;消力池边墙与闸墩内壁侧扩距离增至4.20m时,边墙空蚀破坏的可能性显著降低。 展开更多

关键词 跌坎消力池 空化 溃泡脉冲 底孔 亭子口水电站

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跌坎消力池上举力特性试验研究 被引量：1

8

作者 李树宁 杨敏 《人民黄河》 CAS 北大核心 2016年第3期89-91,95,共4页

基于某水电站溢洪道消力池底板的稳定性分析,对跌坎消力池底板的上举力特性进行了试验研究。结果表明:跌坎高度比对消力池底板上举力有显著影响,适当增加跌坎高度可以降低消力池底板块上举力。由水力条件建立了底板块单位面积最大上举... 基于某水电站溢洪道消力池底板的稳定性分析,对跌坎消力池底板的上举力特性进行了试验研究。结果表明:跌坎高度比对消力池底板上举力有显著影响,适当增加跌坎高度可以降低消力池底板块上举力。由水力条件建立了底板块单位面积最大上举力的估算公式,根据估算得到的最大上举力可以计算底板稳定所需的锚固力;底板的脉动压力和单位面积脉动上举力基本呈线性关系,在数值上单位面积脉动上举力约为脉动压力的53%;底板脉动上举力和最大上举力基本呈线性关系,在数值上单位面积脉动上举力约为最大上举力的24%。 展开更多

关键词 水力学 跌坎消力池 模型试验 上举力 跌坎高度

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突扩式跌坎消力池脉动压强特性 被引量：9

9

作者 张红梅 刘经强 +1 位作者 张浩 李树宁 《南水北调与水利科技（中英文）》 CAS 北大核心 2021年第5期1007-1013,1023,共8页

基于模型试验结果,研究突扩式跌坎消力池底板脉动压强特性,分析突扩式跌坎消力池及非突扩跌坎消力池底板脉动压强的幅值特性、相关特性和频谱特性。分析结果表明:突扩式和非突扩跌坎消力池底板脉动压强最大值均出现在池首位置,且呈沿程... 基于模型试验结果,研究突扩式跌坎消力池底板脉动压强特性,分析突扩式跌坎消力池及非突扩跌坎消力池底板脉动压强的幅值特性、相关特性和频谱特性。分析结果表明:突扩式和非突扩跌坎消力池底板脉动压强最大值均出现在池首位置,且呈沿程衰减趋势;突扩式跌坎消力池能显著降低底板的脉动压强水平,突扩比1.3时最大值降低了63%,突扩比1.6时最大值降低了42%;突扩式和非突扩跌坎消力池底板脉动压强概率密度基本符合正态分布;在冲击区,突扩式跌坎消力池底板脉动压强空间积分尺度较非突扩式有显著降低,即其消力池内涡旋保持性有所降低;与非突扩式相比,突扩式跌坎消力池底板冲击区脉动压强优势频率向高频移动。 展开更多

关键词 突扩式跌坎消力池 脉动压强 概率密度 积分尺度 主频

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增设收缩墩后的跌坎消力池三维流场研究 被引量：6

10

作者 龙建 牛争鸣 李奇龙 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2020年第1期67-72,共6页

当消力池池长和池宽受到限制时,跌坎底流消能工在大单宽流量、低Fr来流条件下引起的振荡水跃对消力池具有较大的破坏力;模型试验研究发现,在跌坎消力池前采用收缩墩后的联合消能工可有效解决上述问题。选取RNGk-ε模型和流体体积函数法(... 当消力池池长和池宽受到限制时,跌坎底流消能工在大单宽流量、低Fr来流条件下引起的振荡水跃对消力池具有较大的破坏力;模型试验研究发现,在跌坎消力池前采用收缩墩后的联合消能工可有效解决上述问题。选取RNGk-ε模型和流体体积函数法(Volume of Fluid,VOF)自由液面追踪法,构建有无收缩墩2种跌坎消力池并进行数值模拟,得到流场内的水力特性,并结合试验数据对有无收缩墩的2种跌坎消力池方案进行对比分析。结果表明:跌坎消力池池内紊动能不足和大尺度漩涡的不稳定性是引起振荡水跃的主要原因;设置收缩墩后水流经收缩墩横向收缩和纵向拉伸后形成收缩射流,在消力池内形成2条细长的强紊动区,形成了更多三维漩涡,漩涡尺度变小,紊动剪切加剧,破坏了不设收缩墩时的水跃旋滚,有效地消除了振荡水跃。这种消能工对工程条件限制下的低Fr数、大单宽流量底流消能具有较高的推广应用价值。 展开更多

关键词 跌坎消力池 振荡水跃 收缩墩 模型试验 数值模拟 水力特性

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收缩墩与跌坎消力池水力特性的试验研究 被引量：2

11

作者 王立杰 秦宏飞 李特 《水利水电技术》 CSCD 北大核心 2016年第10期40-44,共5页

为探究解决跌坎型消力池在大单宽、低弗劳德数条件下引起的振荡型水跃问题,进行了跌坎型消力池和收缩墩与跌坎型消力池两类消能工试验,对比分析了试验的流态、流速和压强分布规律。试验结果表明,加设收缩墩后,入池射流破坏了表面水流与... 为探究解决跌坎型消力池在大单宽、低弗劳德数条件下引起的振荡型水跃问题,进行了跌坎型消力池和收缩墩与跌坎型消力池两类消能工试验,对比分析了试验的流态、流速和压强分布规律。试验结果表明,加设收缩墩后,入池射流破坏了表面水流与水垫层剪切形成的大幅度振荡波动,有效地解决了振荡型水跃问题,降低了水流对底板的冲击压力。 展开更多

关键词 收缩墩 跌坎型消力池 大单宽 振荡流态

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带跌坎的消力池充水过程水力特性的试验研究 被引量：7

12

作者 张祖新 廖桂英 +2 位作者 喻畅 曲景学 张法星 《水电能源科学》 北大核心 2011年第10期43-46,共4页

针对带跌坎的消力池充水过程水力特性研究偏少的现状,采用水工模型试验研究了带跌坎的消力池充水过程中的流态演变、时均动水压强和脉动压强等。结果表明,随水位抬升该类消力池内交替出现了多种水流流态,在一定条件下会发生水流短暂冲... 针对带跌坎的消力池充水过程水力特性研究偏少的现状,采用水工模型试验研究了带跌坎的消力池充水过程中的流态演变、时均动水压强和脉动压强等。结果表明,随水位抬升该类消力池内交替出现了多种水流流态,在一定条件下会发生水流短暂冲击消力池尾坎的现象;充水过程中,消力池底板时均动水压强可按静水压强分布规律估算;脉动压强均方根受到流态演变的影响,在充水过程中随水深增加而呈现不同的变化规律。 展开更多

关键词 水力特性 跌坎消力池 流态 脉动压强

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跌坎型消力池底板脉动压强试验研究及体型优化 被引量：5

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作者 卢洋亮 尹进步 +2 位作者 张曙光 阳洲 杨浩宇 《人民长江》 北大核心 2021年第11期196-200,共5页

脉动压强是衡量消力池底板安全稳定的重要指标,当泄槽末端与跌坎型消力池进口采用突扩或渐扩衔接时,消力池内脉动压强分布较为复杂。为了深入研究跌坎型消力池的脉动压强分布特性,基于金沙江梨园水电站构建了1∶50的物理模型,对高水头... 脉动压强是衡量消力池底板安全稳定的重要指标,当泄槽末端与跌坎型消力池进口采用突扩或渐扩衔接时,消力池内脉动压强分布较为复杂。为了深入研究跌坎型消力池的脉动压强分布特性,基于金沙江梨园水电站构建了1∶50的物理模型,对高水头、大单宽流量下跌坎型消力池底板脉动压强分布开展系统研究。研究结果表明:跌坎突扩型消力池底板的前中部与泄槽延长线附近脉动压强普遍较大;将突扩调整为渐扩后,减轻了立轴漩涡对底板的作用,脉动压强系数最大值降低16.4%,但仍然超过安全阈值;将入射角由-10°优化为-8°后,各工况下脉动压强系数最大值降幅分别为37.4%,23.6%,62.1%,该优化体型在各工况下的脉动压强均为低频振动,不易对消力池底板产生共振破坏。 展开更多

关键词 跌坎型消力池 体型优化 入射角 漩涡 脉动压强系数 物理模型试验

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跌坎底流消力池在某高水头闸坝工程中的应用 被引量：4

14

作者 王启艳 田忠 《水电能源科学》 北大核心 2017年第4期145-148,共4页

针对高水头、大单宽流量闸坝工程消能问题,在分析传统底流消力池体型的基础上,提出将跌坎型底流消力池应用于高水头闸坝工程,并结合实际工程进行了水工整体模型试验,研究了消力池及下游河道水流流态、流速分布、下游河道水面线、河床冲... 针对高水头、大单宽流量闸坝工程消能问题,在分析传统底流消力池体型的基础上,提出将跌坎型底流消力池应用于高水头闸坝工程,并结合实际工程进行了水工整体模型试验,研究了消力池及下游河道水流流态、流速分布、下游河道水面线、河床冲刷情况。结果表明,跌坎底流消力池不仅体型简单、施工难度小,且在各种运行工况下均能获得稳定的流态及较高的消能率,可较好地解决高水头闸坝泄洪消能问题。 展开更多

关键词 高水头闸坝 底流消能 跌坎底流消力池 试验

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泄洪消力池消力墩消能特性数值模拟研究 被引量：1

15

作者 陈柏雨 钟振宇 +2 位作者 聂文豪 蒋勤 郝婕 《水电能源科学》 北大核心 2024年第5期144-148,共5页

消力墩是常用的泄洪消力池消能结构物之一,对其消能效果与结构优化研究在枢纽结构设计中具有重要作用。为此,基于描述非恒定流运动的雷诺平均(RANS)方程和描述紊流运动的Realizableκ-ε湍流模型,采用VOF自由表面追踪方法,建立了模拟大... 消力墩是常用的泄洪消力池消能结构物之一,对其消能效果与结构优化研究在枢纽结构设计中具有重要作用。为此,基于描述非恒定流运动的雷诺平均(RANS)方程和描述紊流运动的Realizableκ-ε湍流模型,采用VOF自由表面追踪方法,建立了模拟大自由表面变形流体运动的数值计算模型,对坝面泄洪引起的跌坎型消力池内复杂流体运动及消力墩的消能特性进行研究。首先,对不同坝面泄洪条件下消力池内水流运动进行模拟,通过将自由液面、水流流态及底板压强分布等的模拟结果与室内实测数据进行对比,验证了模型的模拟精度和可靠性;在此基础上,模拟分析了矩形、直角梯形和T形三种典型消力墩对消力池内水流流速、液面形态及湍动能分布的影响,探讨了长、宽、高相同、几何形状不同的消力墩的消能效果。结果表明,对水流能量的耗散作用,矩形消力墩优于直角梯形消力墩、直角梯形消力墩优于T形消力墩。 展开更多

关键词 跌坎型消力池 消力墩 自由表面流 VOF法数值模型 消能特性

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