[发明专利]一种高坝下泄水流装置及下泄方法

权利要求书

1.一种高坝下泄水流装置，包括坝体（10），所述坝体（10）的侧方设有溢流闸孔（11），所述溢流闸孔（11）与泄洪段相对设置，所述泄洪段整体呈坡状，所述泄洪段包括以及依次相连的一级消能区域（12）、二级消能区域（13）和三级消能区域（14）；

其特征在于，

所述一级消能区域（12）包括与所述坝体（10）堰面衔接的陡槽坡体（22）；

所述二级消能区域（13）包括倾斜设置的孔板泄洪洞（23），所述孔板泄洪洞（23）内部沿长度方向设置多个ASME孔板（24），所述ASME孔板（24）的内径上部分的设置顶部削角，所述顶部削角设于所述ASME孔板（24）上的出水端面；

所述三级消能区域（14）包括多个逐级降低的弧形挑坎（25），所述弧形挑坎（25）的弧面方向设置有不同倾斜角度的导流件（27）；

所述导流件（27）包括导流基体（30），所述导流基体（30）上包括相对设置的第一侧面（31）和第二侧面（32），所述第一侧面（31）与水流冲击方向相对设置，所述第二侧面（32）朝向所述弧形挑坎（25）的弧面设置；所述弧形挑坎（25）上设有导流通道（26），所述导流通道（26）与所述导流基体（30）相对设置；

所述第一侧面（31）上间隔布设有多个消能凸条（41），所述消能凸条（41）的长度方向与水流的冲击方向垂直；所述第二侧面（32）上间隔设有若干过流孔（42）；所述过流孔（42）与所述导流通道（26）相对设置。

2. 根据权利要求1所述的高坝下泄水流装置，其特征在于，所述ASME孔板（24）上的顶部削角角度为25°~ 45°；所述ASME孔板（24）的孔径比≤0.5；所述ASME孔板（24）的厚径比≤0.6；相邻两个所述ASME孔板（24）之间的间距为所述孔板泄洪洞（23）直径的3~6倍。

3.根据权利要求2所述的高坝下泄水流装置，其特征在于，所述ASME孔板（24）上的顶部削角角度为30°。

4.根据权利要求1所述的高坝下泄水流装置，其特征在于，所述第二侧面（32）上设有用于与所述弧形挑坎（25）的表面连接的第一凸棱（43）和第二凸棱（44），所述第一凸棱（43）与所述第二凸棱（44）均与所述消能凸条（41）平行设置，所述过流孔（42）设于所述第一凸棱（43）与所述第二凸棱（44）上；

所述第二侧面（32）上设有向外突出的压板（45），所述压板（45）位于所述第二凸棱（44）远离所述第一凸棱（43）的一侧，所述压板（45）与所述导流通道（26）顶部的挑坎表面配合；

所述第一凸棱（43）与所述第二凸棱（44）之间、所述第二凸棱（44）与所述压板（45）之间均设有过渡凹槽（46）；所述压板（45）上远离所述第二凸棱（44）的一端与所述导流基体（30）之间设有回流凹槽（47）。

5.一种高坝水流下泄方法，其特征在于，采用如权利要求1~4中任意一项所述的高坝下泄水流装置，使坝体（10）内部的水体经由所述溢流闸孔（11）流出进入一级消能区域（12），水体沿倾斜设置的所述陡槽坡体（22）向下流动之后进入二级消能区域（13），水流经由所述孔板泄洪洞（23）内的多个所述ASME孔板（24）进行消能后进入三级消能区域（14），水流在多个所述弧形挑坎（25）的作用下形成连续挑射，并在多次汇流的过程中实现碰撞消能。

6.根据权利要求5所述的高坝水流下泄方法，其特征在于，所述ASME孔板（24）的确定包括以下步骤：

S1. 分析影响所述ASME孔板（24）的能量损失系数ξ、最小壁面压强系数Cmin、水流恢复长度L、划分孔板与洞塞流态的临界厚度Tc的流体特性参数、孔板泄洪洞（23）体型参数；所述流体特性参数包括水流密度ρ、水流动力粘度μ、重力加速度g；所述孔板泄洪洞（23）体型参数包括泄洪洞直径D、孔板直径d、孔板厚度T，平头厚度t；

S2. 根据S1的分析结果，建立能量损失系数ξ、最小壁面压强系数Cmin、水流恢复长度L、划分孔板与洞塞流态的临界厚度Tc的概化数学模型；

S3. 根据S2建立的概化数学模型，安排模拟试验组次，进行数值模拟试验并取得试验数据；

S4. 回归分析试验数据，曲线拟合得出能量损失系数ξ、最小壁面压强系数Cmin、相对水流恢复长度L/D、相对临界厚度Tc/D的经验表达式。