[发明专利]适用于泄洪隧洞急流弯道的流态控制结构及控制方法

说明书

本发明公开了一种适用于泄洪隧洞急流弯道的流态控制结构及控制方法，该流态控制结构包括设置于弯道内以水流最大爬坡角为中心的若干级间隙式舌压板，舌压板两侧固定于泄洪隧洞两侧壁面上，位于水流最大爬坡角附近的舌压板压角不大于10°，之后往最大爬坡角两侧舌压板压角逐级增大，相邻两级舌压板压角增幅为3°～10°；所述爬坡角为水流流向与水平方向之间的夹角，所述舌压板压角为压板与水平面之间的夹角。该流态控制结构及流态控制方法较大程度优化了水流流态，使横断面流速、水深分布趋于均匀，急流冲击波的影响得到消除，具有很强的实用性，值得在业内推广。

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，涉及水利工程或城市排水中隧道转弯段高流速水流流态控制技术，具体涉及一种适用于泄洪隧洞急流弯道的流态控制结构及控制方法。

背景技术

在水利水电工程建设过程中，由于受地形地质条件、工程特点、工程投资等综合因素的影响，泄水建筑物不得不在某特定位置布置成转弯段形式。高流速水体在进入弯道后，受离心力、重力的影响以及边墙转弯对水流流向的限制作用，弯道内会形成较为恶劣的急流冲击波流态，若不加以控制，其下游长距离内会形成左右往复的折冲水流，引发诸多水流衔接和消能相关的水力学问题。

目前，通过模型实验和数值模拟的方法对急流弯道问题进行了大量的研究，提出了诸多改善措施，主要包括：渠底超高法、复合曲线法、导向翼法、悬栅和悬栅板法等。但研究对象都主要针对开敞式溢洪道。

水流弗氏数大、流速高的泄洪隧洞中的急流弯道受通气条件限制，其水流形态控制更具有复杂性，针对开敞式溢洪道急流弯道相关研究成果难以适用于泄洪隧洞。

因此对泄洪隧洞弯道急流开展研究，掌握相应的弯道急流冲击波的控制技术，具有重要的学术意义和工程应用价值。

发明内容

本发明的目的旨在针对现有泄洪隧洞弯道急流水流形态控制技术的空白，提供一种适用于泄洪隧洞急流弯道的流态控制结构及控制方法，该流态控制结构和流态控制方法根据泄洪隧洞弯道急流的运动规律，因势利导在隧道弯道段设置导控结合的间隙式舌压板，可以有效改善弯道段水流流态，消除急流冲击波的影响。

为达到以上目的，本发明采用以下技术方案来实现。

本发明提供了一种适用于泄洪隧洞急流弯道的流态控制结构，包括设置于弯道内以水流最大爬坡角位置处为中心的若干级间隙式舌压板，舌压板两侧固定于泄洪隧洞两侧壁面上，位于水流最大爬坡角附近的舌压板压角不大于10°，之后往最大爬坡角两侧舌压板压角逐级增大，相邻两级舌压板压角增幅为3°～10°；所述爬坡角为水流流向与水平方向之间的夹角，所述舌压板压角为压板与水平面之间的夹角。

当水流最大爬坡角附近只设置一块舌压板时，其设置于水流最大爬坡角处；当水流最大爬坡角附近设置两块舌压板时，以水流最大爬坡角位置处为中心，两块舌压板布设于水流最大爬坡角两侧，且水流最大爬坡角两侧舌压板反对称排列布设。各级舌压板协调合作通过压制和疏导水流的方式，将弯道内的水流控制在压板下并导向下游；舌压板间的间隙和洞顶上方的临空面形成了良好的气流通道，以满足弯道内的水流在行进过程中，压板作用空间范围内与洞顶上方气流通道之间有较为充足的气体交换，可为压板下的水气混合体释放或补充空气，改善弯道及下游流态或压板的运行条件。

上述适用于泄洪隧洞急流弯道的流态控制结构，位于水流最大爬坡角附近的舌压板压角优选为3°～10°，进一步优选为3°～5°。位于上游的第一级舌压板和位于下游的末级舌压板压角不超过15°。位于上游的第一级舌压板和位于下游的末级舌压板其控制范围内水流爬坡角最小，因此压角较大，其主要作用是引导水流的横向迁移和平稳水流。工程设计中可根据实际情况对舌压板压角进行合理调整。