[发明专利]一种鱼道进口补水消能结构及设计方法

权利要求书

1.一种鱼道进口补水消能结构，其特征在于：包括补水管(1)，消能池(2)，牛腿(3)，消能盖板(4)与透水格栅(5)；所述补水管(1)为补水钢管，所述消能池(2)为补水钢管出水聚集池，所述牛腿(3)位于消能池(2)顶部，且牛腿(3)用于给消能盖板(4)提供支撑作用。

2.根据权利要求1所述的一种鱼道进口补水消能结构，其特征在于：所述消能盖板(4)位于牛腿(3)上，消能盖板(4)之间缝隙不同，使补水出流相对均匀，补水水流自消能盖板(4)间的缝隙进入鱼道，强制将大尺度紊流涡团变成小尺度涡团；涡团尺度变小后，粘性切应力比较容易将紊动能转化成流体内能而耗散掉，使鱼道内的紊动能降低，所述透水格栅(5)固定于消能盖板(4)之上。

3.根据权利要求2所述的一种鱼道进口补水消能结构，其特征在于：采用消能盖板(4)不等间距分布方案，将缝宽调整为消能池(2)首尾两侧窄、中间宽的布置型式，各缝垂向流速比较均匀，各缝出流断面涡团尺度相对较小，粘性切应力比较容易将紊动能转化成流体内能而耗散掉，使鱼道内的紊动能降低。

4.根据权利要求3所述的一种鱼道进口补水消能结构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对有、无消能盖板两种工况下，通过局部物理模型试验对补水流量及补水管出口流速下补水消能池的宏观流场有一个初步的认识；

S2：在局部物理模型试验S1的基础上，构建三维水动力数学模型，紊流模型采用的k-ε双方程模型；

S3：针对不利组合的试验工况，通过数值模拟的技术手段—三维水动力数学模型来进一步对不同消能盖板型式的补水消能方案进行计算；通过对鱼道内部流场分布的均匀性及鱼道水力因子紊动能参数低于0.035m2/s2来评价补水消能效果；

S4：在S3基础上再次进行物理模型试验，继续细化补水消能盖板的细部结构，确定消能盖板最终型式。

5.根据权利要求4所述的一种鱼道进口补水消能结构的设计方法，其特征在于：补水水体从消能池经消能盖板二次消能进入鱼道。

6.根据权利要求4所述的一种鱼道进口补水消能结构的设计方法，其特征在于：在S1中，初步确定消能池长度a＝2H～3H，高度b＝1B～2B，补水消能管距离池底高度c＝1/3b～1/2b，H为鱼道正常运行水深，B为鱼道池室净宽。

7.根据权利要求4所述的一种鱼道进口补水消能结构的设计方法，其特征在于：在S2中，利用S1工况下物模实测结果验证数学模型，使其准确反映水流运动状态。

8.根据权利要求4所述的一种鱼道进口补水消能结构的设计方法，其特征在于：在S3中，紊动能可能是影响更直接的水力因子；紊动能表示流体紊动所携带的动能量，反映了流体紊动的强弱；紊动能表达式如下：

式中，ui为瞬时速度，m/s；为时间平均速度，m/s；u′_i为脉动速度，m/s；u′_x、u′_y、u′_z分别为沿3个不同方向x、y、z的脉动速度，单位均为m/s。