Ⅱ型和H型立柱对排沙漏斗水沙分离性能的影响

为获取不同立柱体型对排沙漏斗水沙分离性能的影响规律,通过室内试验对不加设立柱、加设Ⅱ型和H型立柱支撑系统的排沙漏斗水沙分离性能进行研究。试验结果表明:无立柱时空气涡贯穿排沙底孔,涡径最大,清水区面积最大,漏斗室内的螺旋流强度最大;加设Ⅱ型立柱后空气涡产生偏移,涡径减小,清水区面积减小,漏斗室内的螺旋流强度减小;H型立柱下空气涡偏移距离最大,涡径最小,清水区面积最小,漏斗室内的螺旋流强度最小。相较于加设H型立柱,Ⅱ型立柱支撑系统下排沙漏斗的总截除率、泥沙排出率、漏斗室内淤积量、排沙耗水率与悬板下方不加设立柱时相近,为保证悬板安全及较高的截除率,可采用Ⅱ型立柱作为支撑体型。     

立柱排布方式对悬沙排沙漏斗水沙分离性能的影响

为了获取立柱的排布方式对排沙漏斗水沙分离性能的影响规律,通过室内试验对进流量、含沙浓度不同时双排立柱并排布置和交错布置的排沙漏斗的水沙分离性能进行研究。结果表明：无立柱时漏斗悬板淤沙波痕峰值、底板淤沙冲沟的曲率和冲深均最大,立柱并排布置时次之,交错布置时各值均最小;与未加设立柱相比,并排布置排沙耗水率最大增加4.01%,交错布置排沙耗水率最大增加4.25%,加设立柱后漏斗室内的切向流速、螺旋流强度和二次流强度及范围均减小,交错布置相对于并排布置削弱更为明显。并排布置的室内淤沙质量比交错布置减少3.10%～4.76%,底孔排沙率增大0.90%～1.23%。工程设计时,考虑到立柱并排布置时的底板淤积量、底孔排沙率、泥沙总截除率和排沙耗水率与不加立柱时较为接近,故可按照并排方式布置立柱。研究成果可为排沙漏斗悬板支撑系统的优化设计提供参考。     

排沙漏斗悬板径向坡度对流场影响的试验研究

为了弄清楚溢流悬板径向坡度改变对排沙漏斗流场的影响,通过物理模型试验方法,利用粒子图像流场测速技术(PIV)对悬板径向坡度分别为0、0.087、0.173、0.259时的排沙漏斗模型三维速度场进行了量测,并结合排沙漏斗工作原理对各工况下的切向速度、径向速度、垂向速度及流线进行了对比分析。结果表明:随着悬板径向坡度增加,漏斗室内旋流强度增大,空气涡面积增大,排沙耗水率降低,泥沙颗粒向室内运动机率增大,淤积在悬板上的可能性减小;悬板坡度对漏斗室内的二次流强度和形成位置影响较大,其中坡度为0.173时二次流最为稳定,坡度为0.259时,无二次流形成,不利于底部泥沙输移至排沙底孔;垂向速度分布结果表明坡度为0.259时过渡区垂直向上流速较少,泥沙落淤悬板或者随流溢出的机会最小,但垂直速度相比切向速度和径向速度而言较小,且过渡区范围很小,对悬板落淤和截沙率的影响可以忽略不计。     

体型参数对旋流排沙渠道水沙特性的影响

为明确关键体型参数对渠道和排沙洞内水沙特性的影响,在模型试验研究的基础上开展了旋流排沙渠道的水沙两相流数值模拟。结果表明:起旋室高度对截沙率影响较为显著,最大相差5.41%;排沙洞直径、倾角和起旋室出口宽度对分流比影响显著,最大相差8.13%,增大倾角后改善了原排沙洞封闭端因壁面条件影响而产生的泥沙淤积;起旋室出口宽度对渠道内水沙特性基本无影响;不同体型下旋流排沙渠道均可高效、持续排沙,截沙率均大于90%,经过起旋室后,高含沙水流从排沙洞流出,下游渠道含沙量急剧减小。     

基于大涡模拟的悬板径向坡度对排沙漏斗流场特性影响数值模拟

为了解悬板径向坡度改变对排沙漏斗流场的影响,文章采用了大涡模拟和VOF相结合的方法对悬板径向坡度i=0、0. 083、0. 173、0. 259时的排沙漏斗水气两相三维流场进行了数值模拟,并采用离散相颗粒轨道模型(DPM)模拟了悬板径向坡度不同时排沙漏斗对粒径0. 001～0. 1 mm颗粒的截除率。模拟结果表明:随着径向坡度增加,切向流速先增大后减小或趋于恒定,说明室内涡流强度并不是随着悬板径向坡度的增大而单调增加,存在一临界的坡度使室内涡流强度达到最大值;坡度i=0. 173时悬板上方区域(除溢流表层外)径向和垂向的合速度方向平行于悬板径向底坡且指向漏斗中心,使该区内的泥沙被再次输运至漏斗室而不易随溢出水流流出,减少了泥沙进入下游和沉降落淤于悬板的机率。颗粒截除率模拟结果也表明i=0. 173时的漏斗对各级粒径颗粒截除率最大,也表明悬板径向坡度存在一临界值使漏斗截除率达到最大值。     

螺旋侧板厚度对浮式风力机Spar平台涡激载荷的影响

Spar平台因其特殊的深吃水立柱式结构,在来流影响下极易发生涡激运动。为探究不同厚度螺旋侧板对浮式风力机Spar平台涡激载荷的影响,基于CFD方法,针对不同厚度螺旋侧板,对平台进行了数值模拟并详细分析平台的升阻力系数、压力场及涡量场等流场参数。结果表明:螺旋侧板可有效抑制涡激载荷,且随厚度增加,升力系数幅值先增加后减小,阻力系数逐步减小;在研究范围内,螺旋侧板厚度为0.10 D时,升力系数幅值最小,阻力系数与原型平台在同一范围内,对涡激载荷的抑制效果最好。     

不同开度下平面闸门水动力特性数值分析

建立不同开度下平面闸门流体计算域,采用VOF模型和标准的k~ε模型进行三维数值模拟,获得闸门周围的流速、压力、湍动能分布变化规律。结果表明:速度场中闸后产生不同大小的漩涡,且随时间的增加向下游逐渐扩散,闸门开度与其所形成的涡径成反比。在一定条件下,闸门开度越小,涡结构直径越大,容易造成闸门下游泥沙的堆积;湍动能随着闸门开度增大而减小,影响闸门底部及下游水流流态,使局部水流出现漩涡和分离;当闸门开度为0.1m时出现最小压力值且上下游压力差最大。使闸门底部过流面积增大,过闸水流流速降低,可以减弱水流对渠道底部冲刷与破坏,且闸门前后所受压力比较平稳,不易遭受空蚀破坏,有利于闸门安全运行。     

折板型竖井结构设计参数优化

折板型竖井是城市深隧排水系统中一种消能效果明显的水工结构,竖井的结构参数对其泄流量和消能率有重要影响。通过开展物理模型试验和基于Realizable k-ε湍流模型和VOF法的数值模拟,分析不同折板间距和折板倾角的竖井水流流型、最大泄流量、出口流速及消能率。研究结果表明:折板型竖井中基本水流流型有3种,分别为撞壁受限流、临界流和自由跌流;一定范围内增大折板倾角有利于水流流型从撞壁受限流向自由跌流转变,因此,在折板竖井设计中应使折板有适当的角度;竖井的最大泄流量随着折板间距和折板倾角的增大而增大,消能率随泄流量的增大而减小;从竖井的泄流能力和消能效果两方面考虑,当竖井直径为10 m时,折板间距4.85 m,折板倾角为9°～11°的竖井体型为最优。研究成果可为深隧排水系统的设计提供技术支撑。     

文丘里型导管对潮流涡轮机作用荷载和转速的影响

为了提高潮流能发电涡轮机的出力,设计了一种新型涡轮机叶片及其文丘里型导管。通过室内水槽试验,研究了文丘里型导管对低速来流的增速作用和对斜向来流的矫正作用,剖析了自由流不同偏流角、文丘里型导管不同长径比和不同面积比对涡轮机转速的影响。从理论上推导出作用于潮流涡轮机上荷载(推力、转矩和径向力)的计算公式,并结合试验结果分析了潮流作用于涡轮机上的荷载随自由流偏流角及文丘里型导管长径比和面积比的变化关系。结果表明,文丘里型导管可显著提高涡轮机的转速,其大小取决于导管的长径比和面积比；在不同偏流角情形下,转速在长径比为1.5~2.0时最大,即导管不宜太长或太短；转速随面积比的增大而增大,在偏流角为30°时达到极大值；转矩和径向力随面积比的增大而增大,但随长径比、偏流角的变化存在临界值,推力则随偏流角的增大而减小；与自由流情形相比,文丘里型导管不仅可以增大潮流速度,同时还具有矫正偏流的作用,从而提高输入涡轮机的功率。     

表面活性剂对气液两相螺旋管流流动特性的影响

为了考察阴离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)对气液两相螺旋管流流动特性的影响,该文用实验研究了不同浓度的SDS溶液体系气液两相螺旋管流的流型转变及压降规律。实验装置为由有机玻璃圆管制成的长2 m内径23 mm的实验段,以SDS水溶液和空气为实验介质,气液相折算流速均为0―2.5 m/s,SDS溶液质量浓度10―90 mg/kg,螺旋流由5种不同型号的金属螺旋叶轮诱导产生。利用直接观察和高速摄像相结合的方法观测流型的变化,并用液柱式压差计测量实验管段上下游间压差,实验在常温常压条件下进行。实验共得到螺旋线状流、螺旋波状分层流、螺旋轴状流、螺旋弥散流4种流型,与未添加表面活性剂体系相比较,并未得到螺旋泡状流和螺旋团状流这两种流型。同时,随着SDS溶液浓度的增大,气液两相螺旋流逐渐向螺旋弥散流流型转变,这是因为低浓度的SDS溶液随着其浓度的增大,气液界面张力逐渐减小,而气液掺混程度则会不断增大。此外,与未添加表面活性剂体系相比较,添加了SDS体系的气液两相螺旋管流压降梯度将会减小。最后,阐述了气液两相螺旋管流强化天然气水合物生成的研究及应用现状,并针对多相流研究现状,提出了气液两相流相间传热特性应成为今后研究热点等建议。     

燕子崖电站防沙和排沙设施的选择

传统的防沙和排沙工程措施主要有定期冲洗式沉沙池和连续冲洗式沉沙池两种,这些传统技术不能满足高效节能的防沙和排沙要求。通过定期冲洗式沉沙池、连续冲洗式沉沙池、排沙漏斗进行比选,并通过水力计算和对比论证分析。结果表明:排沙漏斗产生稳定的螺旋流,水流流速较大,加速泥沙向中心的排沙底孔和漏斗底部运动;而定期冲洗式沉沙池、连续冲洗式沉沙池中不存在稳定的螺旋流。排沙漏斗具有结构紧凑,工程量和投资最少,泥沙分离率较大,耗水率较少,所以排沙漏斗是一种经济、高效节水的防沙和排沙设施。     

基于CCHE模型的重力沉沙池水沙数值模拟

为了研究重力沉沙池流量、含沙量与水沙分离效率的关系,借助CCHE软件,建立CCHE2D水沙两相流数学模型,采用混合掺长紊流模型,对重力沉沙池进行数值模拟,得到沉沙池内水流流态、悬移质输移规律以及沉沙池的水沙分离效率,并在前人研究的基础上,进一步对不同流量、含沙量情况下,其流量和含沙量对沉沙池水沙分离效率的影响进行分析。结果表明:当流量在0. 05～0. 30 m~3/s时,随着流量增大,则流速增大,水流挟沙力增大,不利于泥沙沉降,使沉沙池的水沙分离效率降低;改变初始含沙量(5～20 kg/m~3),随着初始含沙量的增大,由于沉淀池尾部回流区存在,使得部分泥沙直接被带入清水池,使得沉沙池水沙分离效率降低。     

导流装置的变化对自排沙廊道排沙效果的影响

通过对自排沙廊道进行浑水模型试验,分析了廊道上部排沙导流装置参数的变化对排沙耗水率及廊道出口含沙量的影响。试验得出排沙耗水率随着孔数增加而增大,与重量比含沙量变化成反比。而随着偏转角的增加,相应耗水率减小较大。     

官厅水库流域水沙优化配置与综合治理措施研究Ⅰ——水库泥沙淤积与流域水沙综合治理方略

本文就官厅水库泥沙淤积过程和流域水沙综合治理进行了研究，指出入库水少沙多、蓄水拦沙运用等是造成官厅水库严重淤积(包括拦门沙淤堵及坝前淤积)的主要原因，三角洲淤积形态与淤积分布不均衡是官厅水库泥沙淤积的主要特征；泥沙严重淤积导致官厅水库防洪标准降低、供水无保证、库周淹没损失扩大，以及影响泄洪建筑物的安全和发电供水质量等一系列问题；从官厅水库流域水沙配置的角度，提出了上游拦沙(水土保持和水库拦沙)、中游用沙(水沙综合利用和优化配置)、库区治沙(挖泥疏浚)和下游排沙用沙等内容的流域水沙综合治理措施，给出了官厅水库泥沙淤积治理的应急、近期及中长期的治理方案。     

旋流排螺模型初步试验研究

一些传统的水利血防措施(沉螺池、中层取水等)受多种条件的制约,工程效益难以充分发挥,研究新的水利血防措施势在必行。本研究借鉴旋流排沙的原理,研制了旋流排螺模型,并通过模型试验研究装置内的水流特性及排螺效果。结果表明:流量增大,流速以及紊动强度也随之增大;切向流速的径向分布中,靠近边壁的流速较大;在测流垂线上,切向流速分布中则以表层流速为最大;隔板对水流挤压使得在隔板边缘出现较大的轴向流速;模型内缘的径向流速比外缘径向流速更大。轴向紊动强度的分布为中上层大、底层小。在试验流量下,投入一定数量的钉螺,观测到模型排螺率达100%,表明旋流排螺技术是一种行之有效的排螺工程措施。     

一种新型冲洗式沉沙池的设计探讨

对各种类型沉沙池及适用条件进行分析的基础上,通过在沉沙池的首部加调流板、在溢流堰上沿水流方向设溢流槽、对冲沙廊道进行改进并设置辅助冲沙设施这3个方面对传统沉沙池进行了改进。提出了一种新型冲洗式沉沙池,并进行了模型试验。试验结果证明,这种新型冲洗式沉沙池可以大大提高沉沙池对悬移质泥沙 的沉淀效率,并有利于泥沙的排除。     

涡管排沙技术研究的发展与前瞻

通过对涡管排推移质泥沙机理的分析及试验研究 ,提出涡管排沙的三个参数 :涡管分流比、截沙率及挟沙能力 .对涡管与渠道水流方向的夹角、渠中水流的佛劳德数及涡管开口宽度等参数与排沙效率的关系也分别进行了研究 .通过对悬移质分选沉降的理论研究 ,提出了悬移质涡管排沙的计算方法 ,该方法已成功地应用于沙湾县金沟河渠首水电站沉沙池的设计上 .文中还提出了涡管排沙技术有待研究的问题     

斑竹园水电站水工模型试验研究

斑竹园水电站是典型的山区河流低水头的小水电站,泄洪单宽流量大,泄洪消能任务较重。通过整体水工模型试验,对泄洪能力、水流流态、流速分布、消力池消能效果、拦沙排沙方案及电站尾水渠水位波动进行系统研究,验证和优化了设计,提出了两级复式消力池及合理的泄洪运行方案,为工程决策提供了科学依据,可为类似的山区小水电消能设计提供参考。     

旋流排螺装置内水流特性数值模拟

旋流排螺装置借鉴旋流排沙的原理,通过装置内产生的螺旋流使水和钉螺分离。为了探明装置内水螺分离机理,必须研究其流场全面图景。采用雷诺应力模型(RSM),结合流体体积函数(VOF)方法对旋流排螺装置的水气两相流进行三维数值模拟研究,并分析研究二次流分布特性。计算的自由水面和三维流速分布均与试验结果吻合较好。计算结果表明:切向流速分布呈现强迫涡特征,流速随半径的减小而减小;隔板能够抑制边壁处向上运动的水流、减弱携钉螺溢出的二次环流,对钉螺的有效排除有着关键作用。研究成果可为控制涵闸渠道钉螺扩散,改进旋流排螺装置提供技术技撑。