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本论文基于云南大华桥水电站体型,对Y型宽尾墩选择不同体型参数时进行不同库水位下的水力学试验,分析了在改变宽尾墩体型参数时泄流能力、流态、水面线和水舌形态、流速、压力等水力特性的变化规律,并提出了体型参数的参考取值。试验中体型参数包括始折点参数、收缩比、宽尾墩末收缩点高程及宽尾墩末总高度。由试验知,始折点参数和收缩比对水流水力特性影响非常明显,后两个参数影响则较小。
对不同始折点参数宽尾墩体型ζy选择取值0.316、0.416和0.621。当始折点靠近上游时,流量及流量系数减小,闸室内水面较高,水流流态较缓,挑射水舌靠近上游,水舌上沿落点靠前。当始折点过于靠近下游时,水舌挑射起点较低,拉伸幅度变弱。闸室内水流流速随始终点上移而减小,宽尾墩段堰面压力增大区域随之上移而上移。文中对各体型始折点及出口处弗劳德数Fr及1477.5m库水位下堰顶、始折点、出口及溢流面第15个台阶处水流空化数进行了计算,分析了流态形式及发生空蚀空化的可能性。
不同收缩比宽尾墩体型ε选择取值0.35、0.45和0.55。由试验知,收缩比对泄流能力、流态及各水力特性影响均非常显著。收缩比缩小时,流量和流量系数减小,闸室内水流变缓,Fr减小,闸室内水面线也升高,水舌形态较好,闸室内流速减小,堰面压力增大。并对始折点及宽尾墩出口处Fr及各典型断面处的水流空化数进行了计算和分析。
宽尾墩末收缩点高程对宽尾墩处水流流态及出闸后水舌影响较显著,对其他水力特性影响较小。当该点高于始折点时,两点间水平夹角为仰角,此时出射水流不畅,水舌水冠较大且不稳定,当两点齐平或略低于始折点时,出射水流顺畅,水冠变小。当该点过低时,水舌呈向下跌落趋势,纵向拉伸幅度减弱。
宽尾墩末高度对水流各水力特性影响较小。其中当宽尾墩末顶点高程过低时,在较高库水位运行下,闸墩两侧墩壁处水面有可能会低于该点高程,此时水流时而接触闸墩壁,时而又与墩壁脱离,且水舌上部不稳定,应避免之。
通过试验对比分析,推荐始折点参数取值ζy=0.416,ζx=1.063,该工程中收缩比取0.45,宽尾墩末收缩点高程一般选择与始折点齐平或略微偏低,宽尾墩末高度应以h=1.489Hd左右为宜。文中提出的宽尾墩体型参数取值,为Y型宽尾墩体型设计提供了参考依据。