【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水利水电工程中泄洪消能，特别涉及一种改善非对称溢洪表孔进口流态的结构。
技术介绍
1、泄水建筑物是水利工程中的重要组成部分，承担着疏浚泄洪、维护工程运行稳定的重要作用。泄洪消能结构布置的合理性直接关系到下游河道的稳定和整个水电工程的安全。随着高坝工程建设逐渐向西部高海拔地区迈进，高水头、大流量、河床窄、地质条件复杂等环境要素成为了泄洪消能技术中亟待解决的问题。
2、溢洪道或坝身泄洪的溢洪表孔是最主要的泄洪建筑物之一，其进口的布置受工程特点、地形地势、地质条件、施工条件以及工程投资等因素影响。尤其在西部山区的水利工程中，地质环境恶劣，为避开脆弱地质结构或考虑工程特点和工程量投资，进口需要采用非对称的进口形式，或是在多孔泄洪结构中，边孔的两侧分别为山体和其他泄水孔，在边孔处也会形成非对称进口；
3、溢洪表孔进口段结构形式及其尺寸对其泄流能力、流态、流速分布有着绝对的影响，非对称进口边界会导致上游来流进入泄水通道时产生一定的偏转角度,并产生较大的环流量,在进口区域主流和边墙或中墩之间形成进口漩涡，并在固壁边界附近产生雍高滞留区，导致进口段流态紊乱，流道两侧水深差异较大，压力不均、剪力失衡，进而致使溢洪表孔泄流能力不稳定，甚至影响流道内部水面流态稳定，发生急流冲击波导致区域流体剧烈紊动，影响出口挑流水舌形态而导致消能效果不佳。
4、究其原因，主要是由于进口边界条件不对称，导致水流结构分布不均匀，进口导墙曲线与水流行进轨迹不匹配而无法发挥稳流作用，水流受固壁边界扰动较大，加之水流进入溢洪道
5、已有的进口优化手段主要是延长进口导墙长度、更换翼墙型式等，但修改后多为直线型对称结构，且没有考虑在堰面上做优化，且常规优化方式改善效果有限，并且需要多次模型试验或数值模拟不断改进调整。因而，研发一种可以改善非对称溢洪表孔进口流态的结构形式意义重大。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种改善非对称溢洪表孔进口流态的结构，以解决现有技术中进口边界条件不对称，导致进口段流态紊乱，流道两侧水深差异较大，压力不均、剪力失衡，进而致使溢洪表孔泄流能力不稳定的技术问题。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、一种改善非对称溢洪表孔进口流态的结构，包括引渠段、控制段和斜坡段，所述引渠段、所述控制段和所述斜坡段由坝体上游向坝体下游依次衔接；
4、所述引渠段包括水平设置的引渠底板以及位于所述引渠底板两侧用于限制水体流向的山体侧导墙和水流侧导墙；
5、所述控制段包括堰面和位于所述堰面两侧用于限制水体流向的两个边墙，两个所述边墙的端部分别与两个所述侧导墙的端部连接；所述堰面由堰顶上游圆弧曲线段、堰顶平直段和渥奇曲线段组成；
6、所述斜坡段与所述渥奇曲线段平滑衔接，所述斜坡段的斜率与所述渥奇曲线段末端的斜率相同。
7、为了更好的实现本专利技术，在上述结构中作进一步的优化，上述的斜坡段的出水端连接有出口段，所述出口段为反弧段。
8、为了更好的实现本专利技术，在上述结构中作进一步的优化，上述的所述山体侧导墙朝向所述引渠底板的一面为向远离所述引渠底板的方向凹陷的圆弧面，所述山体侧导墙的半径为r1，所述r1的取值范围为h0～2h0；
9、所述山体侧导墙与所述边墙连接处为向靠近所述引渠底板的方向凸出的圆弧面，所述山体侧导墙与所述边墙连接处的半径为r2，所述r2的取值范围为h0/4～h0；
10、其中，所述h0为设计堰上水头的高度。
11、为了更好的实现本专利技术，在上述结构中作进一步的优化，上述的所述水流侧导墙朝向所述引渠底板的一面为圆弧面，所述水流侧导墙的半径为r3，所述r3的取值范围为与所述r2的取值范围相同。
12、为了更好的实现本专利技术，在上述结构中作进一步的优化，上述的所述山体侧导墙的圆心角为θ1，所述θ1的取值范围为30°至90°；
13、所述山体侧导墙与所述边墙连接处的圆心角为θ2，所述θ2的取值范围为30°至90°；所述θ1与θ2的差值不大于10°。
14、为了更好的实现本专利技术，在上述结构中作进一步的优化，上述的所述水流侧导墙的圆心角为θ3，所述θ3的取值范围与θ2的取值范围相同。
15、为了更好的实现本专利技术，在上述结构中作进一步的优化，上述的所述引渠段的长度大于2h0。
16、为了更好的实现本专利技术，在上述结构中作进一步的优化，上述的所述堰顶上游圆弧曲线段采用三段圆弧依次连接组成；由坝体上游向坝体下游方向，三段圆弧的半径分别为0.5h0、0.2h0和0.04h0；或者是，
17、所述堰顶上游圆弧曲线段的截面形状为椭圆曲线，所述堰顶上游圆弧曲线段的公式为：；
18、其中，
19、a、b为椭圆曲线的长半轴和短半轴，当p1/h0≥2时，a=0.28～0.30,a/b=0.87+3a；
20、当p1/h0＜2时，a=0.215～0.28,b=0.127～0.163；p1为上游相对堰高。
21、为了更好的实现本专利技术，在上述结构中作进一步的优化，上述的所述堰顶平直段的长度的取值范围为h0/6～h0/4。
22、为了更好的实现本专利技术，在上述结构中作进一步的优化，上述的所述渥奇曲线方程为：。
23、本专利技术相较于现有技术具有以下有益效果：
24、本专利技术提供的改善非对称溢洪表孔进口流态的结构通过调整非对称的进口溢流堰面的型式，利用山体侧导墙、水流侧导墙与堰面的配合来避免水流在垂向和横向上同时收缩而产生复杂的不良流态，并留有足够的缓冲段以平顺水流，达到改善水流的目的，避免了由于三维收缩带来的不良水力流态。
25、此外，堰顶平直段保证了水流有足够的调整空间，在不影响泄流能力的情况下使水流进入流道后的流态更加均匀平顺，溢流面压力稳定，无水翅、负压等不良流态，有利于工程安全；
26、同时，该结构适用范围广，在溢洪道、溢洪洞以及坝身泄洪表孔等包含明渠进口段都可采用此种方法。
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1.一种改善非对称溢洪表孔进口流态的结构，其特征在于：包括引渠段、控制段和斜坡段（6），所述引渠段、所述控制段和所述斜坡段（6）由坝体上游向坝体下游依次衔接；
2.根据权利要求1所述的改善非对称溢洪表孔进口流态的结构，其特征在于：所述斜坡段（6）的出水端连接有出口段，所述出口段为反弧段。
3.根据权利要求2所述的改善非对称溢洪表孔进口流态的结构，其特征在于：所述山体侧导墙（7）朝向所述引渠底板（1）的一面为向远离所述引渠底板（1）的方向凹陷的圆弧面，所述山体侧导墙（7）的半径为R1，所述R1的取值范围为h0～2h0；
4.根据权利要求3所述的改善非对称溢洪表孔进口流态的结构，其特征在于：所述水流侧导墙（2）朝向所述引渠底板（1）的一面为圆弧面，所述水流侧导墙（2）的半径为R3，所述R3的取值范围为与所述R2的取值范围相同。
5.根据权利要求4所述的改善非对称溢洪表孔进口流态的结构，其特征在于：所述山体侧导墙（7）的圆心角为θ1，所述θ1的取值范围为30°至90°；
6.根据权利要求5所述的改善非对称溢洪表孔进口流态的结构
7.根据权利要求1至6中任一项所述的改善非对称溢洪表孔进口流态的结构，其特征在于：所述引渠段的长度大于2h0。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的改善非对称溢洪表孔进口流态的结构，其特征在于：所述堰顶上游圆弧曲线段（3）采用三段圆弧依次连接组成；由坝体上游向坝体下游方向，三段圆弧的半径分别为0.5h0、0.2h0和0.04h0；或者是，
9.根据权利要求1至6中任一项所述的改善非对称溢洪表孔进口流态的结构，其特征在于：所述堰顶平直段（4）的长度的取值范围为h0/6～h0/4。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的改善非对称溢洪表孔进口流态的结构，其特征在于：所述渥奇曲线方程为：。
...【技术特征摘要】
1.一种改善非对称溢洪表孔进口流态的结构，其特征在于：包括引渠段、控制段和斜坡段（6），所述引渠段、所述控制段和所述斜坡段（6）由坝体上游向坝体下游依次衔接；
2.根据权利要求1所述的改善非对称溢洪表孔进口流态的结构，其特征在于：所述斜坡段（6）的出水端连接有出口段，所述出口段为反弧段。
3.根据权利要求2所述的改善非对称溢洪表孔进口流态的结构，其特征在于：所述山体侧导墙（7）朝向所述引渠底板（1）的一面为向远离所述引渠底板（1）的方向凹陷的圆弧面，所述山体侧导墙（7）的半径为r1，所述r1的取值范围为h0～2h0；
4.根据权利要求3所述的改善非对称溢洪表孔进口流态的结构，其特征在于：所述水流侧导墙（2）朝向所述引渠底板（1）的一面为圆弧面，所述水流侧导墙（2）的半径为r3，所述r3的取值范围为与所述r2的取值范围相同。
5.根据权利要求4所述的改善非对称溢洪表孔进口流态的结构，其特征在于：所述山体侧...
【专利技术属性】
技术研发人员：张建民，杨敬，何小泷，雷佳明，雷刚，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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