桥墩防冲板结构控制因素及其优化研究

针对桥墩局部防冲刷问题,从减小冲坑深度和减弱墩前近底垂向流速角度出发,在实验室建立桥墩防冲板模型,利用多轮正交试验、方差分析及极差分析防冲板3个控制因素的主次关系,并确立防冲板结构的最佳组合形式。结果表明,防冲板长半轴长度和安装位置均为重要的影响因素,安装位置的影响作用略大于长半轴长度,但防冲板短半轴长度对桥墩防冲影响甚微,进而获得桥墩防冲板模型的最佳结构形式为H1A3B1,即安装位置为0.2h(h为水深)、防冲板长半轴长度为2r(r为模型桥墩半径)、短半轴长度为1.4r。     

桐子林水电站导流明渠消能抗冲试验及明渠方案优化

针对桐子林水电站明渠功能及特点,明确了明渠消能防冲的原则,通过模型试验给出了宽、窄明渠方案有无消能设施情况下的18种子方案,下游处的消能防冲水力学指标及有关参数,对比分析了各子方案明渠出口、下游河道及下游围堰堰面的冲刷情况,指出窄明渠方案中15种子方案消能防冲效果均较差,宽明渠方案中3种子方案消能防冲效果均较好,且以明渠出口处设置反坡并在出口末端设置柔性混凝土板、在其后设置长度20 m左右的相互串联的钢筋石笼（子方案18）效果最好,为优化后的最佳推荐方案。     

麦日水电站引水枢纽下游防冲试验研究

麦日水电站引水枢纽泄流时下游海漫的水流流速较高,下游河道冲刷较为严重,需要采取有效的防护措施。通过水工模型试验,对枢纽工程的泄流能力、护坦末端及下游海漫的流速以及下游河道的冲刷进行了研究。研究表明,枢纽泄流能力满足设计要求,在下游河道铺设四面体防冲区,可以有效地减小下游河道的冲刷,为了节省工程造价,建议防冲区的长度为50m,宽度从15m逐渐减小为10m。     

某溢流坝下游泄洪消能防冲布置优化研究

为优化分析某溢流坝泄洪消能防冲布置形式,运用数值模拟的方法,建立溢流坝挑流消能及下游防冲的三维数值模型,根据工程特点,在前期物理模型试验成果的基础上,拟定多种下游消能防冲优化布置方案并进行数值模拟计算。计算结果表明,将原方案水垫塘预挖冲坑的下游斜坡改为垂直挡墙结构形式,能有效改善下游水流流态,降低预挖坑后的流速大小、均化流速分布,降低护坦处的压强,提高消力塘的消能效果,可减小对护坦及下游河床、岸坡的冲刷影响,可为类似工程设计提供参考。     

考虑弯矩的光伏阵列风荷载数值分析

文章利用数值模拟方法,分析了风向角、光伏阵列的安装倾角和光伏板纵向间距对光伏阵列上的风荷载及其所受弯矩的影响。分析结果表明:光伏板体型系数和弯矩系数的极值分别对应着不同的风向角;当光伏阵列的安装倾角为45°时,若风向角为30,180°,则各光伏板的体型系数和弯矩系数均较大,因此光伏阵列的安装倾角不宜采用45°;光伏电池板纵向间距主要影响迎风后排光伏板上的风荷载,而迎风前排光伏板的风荷载随光伏电池板纵向间距的变化并不明显。     

风力机垂直交错对下游风力机性能的影响研究

为降低上游风力机尾流的影响、优化风场布置,在两台串联的NERL 5 MW水平轴风力机中间安装1台小型的垂直轴风力机,形成垂直交错风场。采用FLUENT软件对串联风场和垂直交错风场进行数值模拟,对比两种风场的输出功率与流动特性。同时,改变垂直轴风力机的安装位置,分析其与下游风力机的距离对垂直交错风场的影响。结果表明：当风力机串联布置且为标准间距7D(D为风轮直径)时,下游风力机受上游风力机尾流影响仍然很大,输出功率下降57.1%;串联风场中加入垂直轴风力机加快了相应垂直交错风场尾流的恢复,提高了下游风力机的输出功率;垂直交错风场中垂直轴风力机安装距离为1D～6D时,可以在上游风力机功率变化不明显的情况下提高下游风力机的输出功率;当安装距离为6D时,下游风力机提高功率最高,比串联风场增加了40.1%。     

半圆柱空间异形孔板换热器热工水力性能的数值模拟

为研究半圆柱空间异形孔板换热器的流动与传热特性,建立换热器简化物理模型,运用ANSYS软件建立CFD模型进行数值模拟,分析了开孔形状与板间距的影响,并对比了半圆柱空间异形孔板换热器与弓形板换热器的联系与区别。研究结果表明：半圆柱异形孔板换热器壳侧流体呈纵向流动,壳侧流体通过孔隙形成射流冲刷管壁,具有强化传热作用;板间距一定,开孔面积相近时,开孔形状对壳侧压降的影响较小,对换热性能的影响稍大;板间距越小壳侧换热系数越高但其综合性能指标越小;圆头三角孔板换热器在板间距30 mm时的壳侧换热系数比40及50 mm方案分别高5.62%,10.06%,综合性能指标低1.44%,2.07%;异形孔板换热器的综合性能指标比弓形折流板换热器平均约高27.89%。     

浅基桥梁墩台下游防护拦沙坝的试验研究

针对典型工程采用水力模型试验的方法对桥墩下游拦沙坝的稳定及防护作用进行了研究,实例表明,在桥墩下游修建拦沙坝作为遏制浅基桥梁附近河段溯源冲刷的工程防护形式是可行的,拦沙坝减缓桥墩附近局部冲刷的作用明显,提出的防护拦沙坝的形式、尺寸等参数为浅基桥梁工程防护设计提供了参考依据。     

单桩结构的潮流能水轮机尾流流场分析

为降低潮流能水轮机尾流效应对机组间距的影响,合理布置水轮机位置,通过数值模拟和水槽实验的方法对具有单桩支撑结构的潮流能水轮机尾流流场进行研究,在此基础上分析具有单桩支撑结构和不同安装高程对潮流能水轮机尾流流场的影响。结果显示:数值模拟与水槽试验总体上数值模拟与实验结果的趋势具有一致性;单桩结构对纵向近尾流场造成影响,会产生一个谷值突变;安装高程越高则导致沿转轮中心直线处的流速恢复越快。     

三峡水库修建后长江中游城陵矶至九江河道冲淤变化研究

长江中游城陵矶至九江河段为典型分汊河道,分析该河段在三峡工程蓄水后的冲淤变化,对预测该河段河床演变发展有重要意义。根据2003~2016年城陵矶-九江河段实测水文地形等原型观测资料及冲淤量计算成果,对河道冲淤量、冲淤强度、河床冲淤分布和冲刷形态变化等方面从沿时和沿程上进行全面分析,发现河段整体呈持续冲刷态势,近年来冲刷强度显著增强,冲刷主要部位在枯水河槽,冲刷形式以深泓纵向下切为主,沿程以西塞山为界,上段整体表现为"槽冲滩淤",下段表现为"滩槽均冲"。     

闸坝式水电站下游局部冲刷坑的计算方法

为准确评价闸坝式水电站下游局部冲刷问题,针对泄水闸结构、下泄水流特点及主河道地质条件,制作了巨亭水电站闸坝断面模型,并进行了4种泥沙粒径多种流量下的冲刷试验,分析了影响闸坝式水电站局部冲刷的主要影响因素,包括单宽流量、上下游水位差和泥沙粒径,拟合出局部冲刷坑深度和最深点距闸底板末端距离公式,并选取了另外4个工程的冲刷资料对公式的适用性进行了验证。结果表明,计算值与实测值吻合较好。     

当卡水电站泄水闸下游主河道局部冲刷坑深度计算方法

为准确评价当卡水电站泄水闸下泄水流冲刷形成的局部冲刷坑深度问题,针对泄水闸结构、下泄水流特点及主河道地质条件制作了泄水闸下泄冲刷水工模型并做了试验,根据5种放水工况时泄水闸下泄冲刷时的有关参数,首先选择已有的较为成熟的6个冲刷坑深度计算公式计算了主河道处局部冲刷坑深度,结果发现计算值与实测值相差较大,不能满足实际需要。为此,根据水工模型试验结果,推求出了适合于该处的冲刷坑深度计算公式,与水工模型试验实测数据相比,新推求的局部冲刷坑计算公式计算值与实测值吻合较好。     

一种新的明渠出口水流冲刷平衡深度计算经验公式

鉴于明渠出口处的局部冲刷可能会危及明渠基础、影响下游其他建筑物或通航安全,以明渠出口处射流引起的局部冲刷为例,就常见的具有共性的平衡冲刷深度问题进行了归纳分析。通过物理模型试验方式,采用量纲分析法对试验结果进行回归分析,获得了明渠出口处平衡冲刷深度的经验公式,并对公式进行了简单验证。     

浮泥床面桥墩绕流冲刷的数值模拟

基于Mike 21软件建立了浮泥输移的平面二维数学模型,计算分析了浮泥河床建桥前后的水流流动形态和床面变形状况。结果表明,建桥前后主槽内河床变形均呈单向冲刷变形,岸滩上则以淤积为主;建桥后主槽冲刷能力增强,但增加幅度不大,且冲刷幅度和水深较均匀,与常见沙质河床的冲刷区别较大;桥墩尾流区内水流流速较小,冲刷幅度较小;桥墩纵横向的阻流范围约在2倍椭圆桥墩的长、短轴位置内。     

三角形鼻坎挑流水舌出射角的试验研究

挑流消能是水电工程建设中广泛采用的一种消能方式,挑流水舌上缘和下缘轨迹决定大坝下游的冲刷位置和范围,而上缘和下缘出射角决定水舌的轨迹,因此出射角的研究至关重要。基于三角形鼻坎挑流的物理模型试验结果,研究挑流水舌起挑断面横向脉动流速和平均水深对水舌出射角的影响。采用平均误差最小的分析方法,分别确定脉动流速和平均水深对出射角影响的权重系数,并提出水舌上缘和下缘出射角的计算方法。相比试验实测值,所提方法计算所得挑距的误差在5%以内,具有较高精度。     

枕头坝水电站泄洪消能试验研究

针对枕头坝水电站泄洪流量大且其下游河床覆盖较深、抗冲刷能力较差的问题,采用模型试验方法研究了不同消能尾坎形式下消力池的消能效果及对下游河床和两岸的冲刷情况,提出了采用方案4即直立尾坎形式消能效果较好,对下游的冲刷亦较轻。     

基于响应面法的圆盘泵叶轮优化研究

为了提高圆盘泵的水力性能,以径向直叶片圆盘泵为研究对象,结合计算流体动力学方法(CFD)与响应面分析法,研究叶轮结构参数对泵扬程和效率的影响。以叶片高度、叶片数量和盘间距为优化设计变量,泵的扬程和效率为响应变量,基于Box-Behnken样本点设计法进行三因素三水平设计,建立17组样本点。通过ANSYS CFX数值计算软件对各个样本点的设计模型进行数值模拟,并基于二阶响应面回归方程拟合了叶轮结构参数与扬程和效率之间的关系表达式。研究结果表明:叶片高度、叶片数量和盘间距均对泵的水力性能有明显的影响。多因素交互作用中叶片高度和盘间距的组合影响最为显著。通过响应面方程找到了最优参数组合,优化后的圆盘泵扬程在各流量工况下平均提升了22 m,最高效率提升了15%。     

Natural Convection in a Differentially Heated Cavity with Parallel Heat-Generating Baffles

Natural convection in a horizontal differentially heated square cavity containing two vertical heat generating baffles is studied numerically. The baffles are assumed to generate heat uniformly at the same or different rates. Asymptotic steady-state results for the vorticity–stream function formulation are presented in the form of streamline and isotherm plots. The fluid flow, heat transfer, and average Nusselt number are investigated for different heat generation ratios and spacing between the baffles. Convection within the cavity gets augmented for increasing values of heat generation ratio. When the two baffles are located very near the cavity walls, an increase in heat generation ratio induces a strong buoyancy convective flow. When they are very close to each other an increase in heat generation ratio strengthens the innermost cell around the baffles, which in turn drives the global flow at a faster rate through a pair of intermediate inner cells. It is found that the blocking effect of the baffles strongly depends on heat generation ratio and spacing between the baffles. The heat transfer rate varies nonlinearly against spacing between the baffles, and the possible physical reason is given.     

大石涧水库溢流特性与坝下河道冲刷模型试验研究

基于物理模型试验探讨了大石涧水库溢流坝的溢流特性及不同洪水工况下坝下河道冲刷特性,发现大石涧水库溢流表孔体型设计合理,泄流能力满足设计要求;溢流堰面压强分布合理,最小负压值满足规范要.求,不易发生空蚀破坏;采用连续鼻坎挑流消能,对泄水建筑物的安全性无影响,但受两岸回流影响,下游护坦末端在小流量条件下会产生冲刷;下游河道主流偏右岸,坝下230~300 m范围护坡处出现淘刷,最大深度3~4 m。结果可为溢流堰的体型优化设计提供技术支持。