梯形消能墩—台阶组合式消能工水力特性研究

为降低台阶负压，减少空化空蚀的影响，提高台阶消能效果，在传统台阶凸角位置增设梯形消能墩组成梯形消能墩—台阶组合式消能工，采用水工模型试验与数值模拟相结合的方法，研究梯形消能墩—台阶组合式消能工的水力特性。结果表明，梯形消能墩—台阶组合式消能工台阶水平面与竖直面在靠近凸角附近存在负压，有发生空化空蚀破坏的可能；但台阶水平面与竖直面负压区掺气浓度基本大于5%,可有效降低空化空蚀危害；在本研究范围内，梯形消能墩—台阶组合式消能工消能率可达70%以上，消能率随流量的增大而降低。该组合式消能工有利于减小台阶空化空蚀危害和提高台阶消能效果，可为台阶消能工设计和现有台阶溢洪道除险加固提供参考依据。     

溢洪道交错式阶梯消能工的消能特性研究

为分析不同坡比下交错式阶梯消能工的水力特性，采用数值模拟与模型试验相结合的方法，对比研究了不同流量下1∶2.0、1∶2.5两种坡比交错式阶梯和矩形台阶消能工的流态、流场、压力场及消能特性等。结果表明，交错式阶梯消能工坡比增加，台阶凹槽处形成的三维漩涡尺度增加，水流旋滚剧烈，水深较大；台阶竖直面压强的绝对值较大，负压区范围增加。两种坡比下台阶水平面压强分布相似，均表现为越靠近台阶外沿压强越小。坡比为1∶2.0的阶梯消能工消能率更大，同一坡比消能工的消能率与流量呈非线性关系，流量越大消能率变化越缓慢。交错式阶梯消能工较矩形台阶溢洪道掺气更加充分，消能率更高。研究结果可为交错式阶梯消能工的结构优化提供理论依据。     

旋流式内消能工研究综述

对国内外的旋流式内消能工研究作了简要介绍并进行了评述。认为旋流式内消能工是解决高坝水力设计中高水头、大流量条件下泄水建筑物的安全和充分消能问题的新思维、新途径。旋流式内消能工是利用水流在泄水道中作大范围的旋转运动把下泄水流能量在泄水道内部进行大量消煞，使出流流速大大降低，从而保证建筑物的安全和下游良好的衔接条件。它具有结构简单、布置灵活、消能率高等优点，应用该种新型内消能工可将高水头水利枢纽工程中施工导流洞改建为永久泄洪洞。     

麒麟寺水电站泄洪消能设计研究

麒麟寺水电站永久泄洪建筑物与导流建筑物相结合，单宽流量大，下游消能区覆盖较深，通过设计比较及水工整体模型试验优化，泄洪消能采用底流消能且在消力池末端左侧边墙加设导向角形式，泄洪消能简单，投资较省.     

结构消能减震技术的研究与应用

从结构消能减震技术的概念出发，总结了近年来作者本人及国内外关于消能减震技术的研究成果及应用概况，展望了消能减震技术的应用前景。     

古洞口二级消力池斜墙式消力坎优化布置

为分析连续斜墙式消力坝的消能特性,以古洞口二级水利水电工程为例,通过RNG_κ-ε紊流模型结合VOF方法的两相流数值模拟方法,分析斜墙式消力坎坎高、倾角、位置与消能效率之间的关系。研究结果表明,斜墙式消力坎坎高为直墙式消力坎高度的1~1.29倍之间,消力坎倾角为60°~90°左右时,斜墙式消力坎消力池中消能充分,消能效率高。研究成果可为工程设计提供依据。     

梯形转叶螺旋流消能装置消能过程的数值模拟分析

为了从微观角度探究梯形转叶螺旋流消能装置的消能机理、验证其结构设计的合理性及不同参数对装置消能效果的影响,基于试验研究,运用Fluent软件进行三维螺旋流数值模拟。结果表明,数值模拟显示的消能机理与试验结果相吻合;装置消能的主力区在转叶孔板组合后,且装置的结构设计合理;转叶螺旋流消能装置的消能效果优于同类孔板射流装置的消能效果;在一定条件下,装置的消能效率与雷诺数和扭转角度均呈正比,而与开口角度呈反比。该结论为梯形转叶螺旋流消能装置的消能过程研究提供了依据,也为其结构优化和实际应用提供了理论支持。     

某滞洪区分洪闸消能设施研究

为适应流域发展要求,解决某滞洪区分洪闸的消能防冲、安全隐患等诸多问题,提高泄流能力,拟改建该分洪闸工程,即在护坦末端设置消力坎实现水跃消能或挖深式一级消能方式。试验论证表明,挖深式一级消能方式较优。为充分消能,可在闸后边孔处设辅助消能设施。     

竖井进流水平旋流式内消能工的水力特性

随着国内外高水头水利枢纽工程的日益兴建，寻求新的消能途径解决高水头大流量条件下泄水建筑物的安全和消能问题是高坝水力设计中亟待解决的难题之一。本文对竖井进流水平旋流式内消能工进行了试验研究，给出了过流能力、消能率、时均压力等水力参数的研究成果。     

基于Flow-3D的高速水流无压溢洪洞内消能工数值模拟

针对目前高速水流消能形式存在的缺点,基于Flow-3D软件,采用RNGκ-ε模型、Tru-VOF法模拟了无压洞式溢洪道内消能墩附近的水流运动特性,结合洞塞式消能工的消能机理和水工模型试验,对比分析了内消能墩附近的水流流态、流速分布、压强分布、水面线和消能率等。结果表明,在控制断面束窄度的条件下,消能墩附近流态不会影响洞内安全,消能效果较好,消能墩对墩后水流影响距离较短,为在洞内设置多组消能墩提供了依据。研究成果可为类似工程提供参考。     

一种新型燕尾坎消能工的流态和消能分析

为了提高孔洞类泄水建筑物的出口消能率,同时避免出口水流堵塞和空蚀破坏,提出了一种带跌坎和反坡的燕尾坎消能工。物理模型试验表明,燕尾坎中间槽的作用使出流分成两股,水流纵向拉伸,减小了落点水舌的平均流速,并使水舌掺气增加,消能率提高;设置跌坎和反坡,通过跌坎掺气和反坡对中间股水流的引导作用,避免消能工的空化和出口流动的水流阻塞,并在中间反坡的引导下,中间水舌按预设方向入水。与传统连续坎消能工相比,该消能工消能率提高15%左右。在分析消能率影响因素的基础上,给出了所提消能工消能率的经验表达式,为孔洞类泄水建筑物的出口消能设计及施工提供了参考依据。     

齿墩内表面不同的两种体型齿墩式内消能工的数值模拟

为了研究两种体型齿墩式内消能工对管道内部水力特性的影响,采用FLUENT软件中的κ-ε数学模型模拟分析了齿墩内表面为平面(体型Ⅰ)和齿墩内表面为圆曲面(体型Ⅱ)两种体型消能工的流场、压力场、紊动能及水力参数等。结果表明,相同流速下齿墩内表面由曲面变为平面会扩大压强变化段长度和减小消能工出口处低压区的压强,且在大流速时体型Ⅰ在该区出现负压;消能工出口管壁附近会出现漩涡区,齿墩内表面由平面变为曲面,旋涡区域减小;紊动能的突变区域出现在消能工出口后,齿墩内表面由平面变为曲面会减小该区域的紊动能及其范围;齿墩内表面由平面变为曲面,消能工的消能率减小,流量系数加大,与其水力半径密切相关,为齿墩式内消能工的体型优化提供了依据。     

高落差水闸消能工优化设计

以辽宁省高落差水闸——清河闸为例,水闸消能防冲设计应根据闸基地质、水力条件、闸门控制 运用方式和工程投资等因素进行综合分析确定,比较了单级消力池、多级消力池、单级跌水不同方案消 能工的设计、工程投资和消能效率等,讨论并推导了二级消力池消能计算的理论和方法。结果表明,优 选单级跌水方案较经济合理。     

转叶孔板螺旋流消能的影响因素试验分析

为解决供水工程中的过剩水头问题,常在有压输水管道中配置合适的消能装置,转叶孔板螺旋流消能是一种新型的内消能方式,通过转叶孔板螺旋流消能装置的水力特性试验,可知影响转叶孔板螺旋流消能效率的主要影响因素有雷诺数Re、转叶孔板开口角度和孔板之间的相互扭转角度,还有试验装置结构的设置。根据试验数据计算分析各个影响因素对消能效率的影响。结果表明,转叶孔板螺旋流消能效率与转叶孔板之间的扭转角成正比,与雷诺数成正比,与转叶板的开口角度成反比。试验装置在进口段和出口段设置管径突变均对消能有利,该装置比与其消能原理类似的孔板消能装置更实用,且消能效率更高,对下游建筑物设施起到良好的保护作用,可推广应用。     

水工消能设施消能率的理论分析及计算方法

由于水工消能设施内水流流态复杂,当水流流态为恒定急变流和非恒定流时,现有消能率计算公式不能适用。为此,基于水工消能设施内流体能量消散的本质,通过能量方程推导出适用于恒定流和非恒定流计算消能率的一般公式,利用重积分数值计算方法和离散函数求导法则处理所提的消能率计算公式,并给出恒定均匀流、恒定急变流、非恒定流条件下消能率的具体计算方法。最后,以平原区某水闸为例,采用所提公式计算该闸闸门开启后10~40s内消力池的消能率。理论分析及计算案例表明,所提消能率计算公式可适用于复杂流态下消能率计算,通过重积分数值计算方法和离散函数求导法则处理后的计算公式具有实用性和可行性,可较好地解决恒定急变流和非恒定流条件下消能率无法计算或计算结果偏差较大的问题。     

采用微功耗控制器提高光伏效率

该文从理论上分析了采用太阳自动跟踪控制装置可提高太阳转换效率的空间；并阐述了采用不同于传感器方式的定时跟踪法的电路实现原理。这种电路不仅省去传感器和相关电路的能耗，更重要的是在该电路中可以实现最省电的休眠工作模式，使采用太阳自动跟踪控制装置后提高转换电能成为现实。该文还对比了固定安置的太阳电池板和采用了太阳自动跟踪控制装置的太阳电池板在相同条件下的转换效率。结果得出采用定时太阳自动跟踪装置的光伏发电系统能大幅度提高转换效率。     

二级齿墩旋转内消能工的试验研究

为了满足过流能力的同时进一步提高消能效果,在一级齿墩式内消能工研究的基础上,采用理论分析和物理模型试验方法,对断面收缩比为0.5、齿墩数目为4、齿墩长度为13.5cm的二级齿墩进行物理试验,分析了二级齿墩式内消能工相对旋转后的水力特性。结果表明,脉动压强系数沿程分布规律基本一致,从一级齿墩开始到二级齿墩结束,受齿墩突缩突扩影响,脉动压强系数变化最明显,在4.2倍的管径附近脉动压强系数达到最大,在6.5倍的管径附近,脉动压强系数逐渐恢复平稳;当两个齿墩相对旋转角越小时,过流能力越好,消能率越小;当两个齿墩相对旋转角越大时,过流能力变弱,消能率变大。     

山区弯道水流特性及消能选型

山区弯道水流特性复杂,消能工布置困难,为确定其适宜的消能工型式,分析了山区河流水流特性及工程中常用消能型式,并结合水工模型试验研究了不同消能工布置下弯道水流流态及消力池出口流速分布,提出在弯道出口处设置消力池加辅助消能工(消力墩+异形坝)的工程措施。结果表明,在消力池内设置消力墩和异形坝后,水流流态得到很好的改善,出池水流流速分布均匀,消能效果更好。     

陡槽溢洪道上孔板消能特性的试验研究

运用孔板消能工能有效改善低水头、大流量陡槽溢洪道中的水流流态,显著降低陡槽溢洪道中的水流流速和提高消能率。在此采用物理模型试验的方法,结合龙屯水库陡槽溢洪道除险加固工程,通过分析水流流态、水流速度的分布及消能率,对设置在陡槽溢洪道上的孔板的消能特性进行了研究。结果表明,孔板改善了上游弯曲段形成的折冲水流的不良流态,使水流流速明显减小,孔板的消能率达到50%以上,消能效果显著。