Y型窄缝消能工三维水力特性数值模拟——以斯木塔斯水电站工程为例

为了解Y型窄缝消能工的水力特性,以国内在建斯木塔斯水电站工程为原型,采用标准k~ε双方程湍流模型,引入VOF模型求解自由水面的方法,对斯木塔斯泄洪洞Y型窄缝消能工进行了三维数值模拟,得到了出口明槽段水面线、射流形态、不同高程水舌形态、左右侧墙及底板压强等水力特性值,并与物理模型试验值进行了比较。结果表明,数值模拟的精度较高,能够详实地反映Y形窄缝消能工水流内部的情况,可为Y型窄缝消能工的选型提供依据。     

Y型窄缝消能工三维水力特性数值模拟

为了解Y型窄缝消能工的水力特性,以国内在建斯木塔斯水电站工程为原型,采用标准k～ε双方程湍流模型,引入VOF模型求解自由水面的方法,对斯木塔斯泄洪洞Y型窄缝消能工进行了三维数值模拟,得到了出口明槽段水面线、射流形态、不同高程水舌形态、左右侧墙及底板压强等水力特性值,并与物理模型试验值进行了比较。结果表明,数值模拟的精度较高,能够详实地反映Y形窄缝消能工水流内部的情况,可为Y型窄缝消能工的选型提供依据。     

窄缝式消能工收缩段的体型设计

首先分析了辐射收缩水流的特性，得到了辐射收缩水流水面坡度的表达式；提出了设计窄缝收缩段的设计原则应是使收缩段出口形成辐射形收缩水流．本文据此提出了收缩段形状的具体设计方法，给出窄缝消能工收缩段的组合曲线算例．本文中还讨论了窄缝收缩段出口水面坡度的选择方法     

收缩比对非对称窄缝挑坎水力特性的影响

窄缝挑坎消能工因其良好的消能效果和易施工的特点被广泛应用于工程中。笔者通过模型试验,对3种收缩比(η=0.2,0.25, 0.3)情况下的单侧偏转的非对称窄缝挑坎的边墙水面线,底板中线时均压强和脉动压强特性展开了研究。试验结果表明:非对称窄缝挑坎的左右边墙水面线形态不同但均呈现上升趋势,窄缝底板中线上的时均压强和脉动压强均方根沿程增大,在接近窄缝出口处达到峰值,后减小。窄缝底板中线上的脉动压强基本符合标准正态分布。     

非对称窄缝挑坎水力特性研究

非对称窄缝挑坎是针对山区弯曲河道泄洪消能的一种新型消能工。基于水力学模型试验研究了偏转角为0°~10°非对称窄缝的水力学特性,重点分析了挑流段水面线特性、边墙压力分布、挑距及入水范围。模型试验上游来流采用有压装置生成,参照规范建议值选定了窄缝消能工模型的收缩比、挑角等参数。试验结果表明:弗劳德数Fr与非对称偏转角对挑流水面线、边墙荷载、挑距有较大影响。非对称窄缝挑坎可以有效地使挑流发生转向,相比对称窄缝挑坎,在相近的流量下非对称窄缝水舌扩散更为均匀,从而有效减弱了水舌对两岸的冲刷,减小了水舌对河床的冲击力度。     

溢洪道出口窄缝挑坎特性研究

消能工体型的选择在水利工程设计中至关重要。采用RNG k-ε紊流模型与VOF方法对泄洪过程中溢洪道与水垫塘内的水流进行水气二相流三维数值模拟,研究窄缝型挑坎消能工的水流特点及规律,结果显示,数值模拟计算的水深、水流流态、入水角度等参数与模型试验结果吻合较好,验证了数值模拟的可行性。在此基础上,计算分析了窄缝型挑坎收缩段水流及空中水舌的水力特性,以及水垫塘底板压强分布规律,确定出窄缝型挑坎最大压强所在位置及空中水舌流速变化规律。研究结果表明：窄缝型挑坎束窄水流作用明显,其空中水舌同一横断面的最大流速位置基本相同,同一纵向断面垂向流速差沿程逐渐减小,挑坎收缩段底板处流速大小呈抛物线形分布,而压强分布沿程呈现3个区间3个趋势的分布规律。研究成果可为实际工程中同类型消能工的设计提供参考。     

窄缝急流冲击波与水舌扩散规律研究

采用模型试验手段,通过改变来流断面水流弗氏数Fr及窄缝收缩比β2个参数,重点研究了窄缝挑坎内急流冲击波交汇点位置及水流出坎后扩散规律。研究结果表明:β对冲击波交汇点位置影响较大,而来流Fr影响较小;β越大,冲击波交汇点越靠近挑坎出口;冲击波交汇后,挑坎内表面水体开始起挑,随着β的增大,水流出射角相应减小,β=0.2～0.25时,冲击波交汇点距挑坎出口距离占挑坎总长30%～40%,此时水舌扩散充分性及稳定性都较优。研究成果进一步丰富了对窄缝挑坎水力特性的认识,并为设计提供一定的理论依据。     

基于降雨分析的窄缝挑坎消能工水翅特性研究

通过建立窄缝挑坎消能工物理模型,模拟研究出射水流的激溅水翅问题。通过调整窄缝挑坎体型参数( 弗氏数Fr、收缩比 β、挑角 θ)以获得不同出射水流条件,进行对比试验分析水翅的成因及其引起的降雨量区域强度变化趋势,甄别影响水翅形成及其强弱变化的主要水力参数,总结其变化规律。研究表明,窄缝消能工水舌的外缘挑距和入水长度均会随着弗汝德数Fr的增加而增大,挑坎下游典型区域的雨量分布亦随之发生变化;随着窄缝收缩角的增大,急流冲击波波角逐渐变小,水翅向岸边扩散的角度变小,冲击波交汇点距离窄缝出口更近,降雨向岸边扩散的范围也逐渐变小;此外收缩比与水舌外缘挑距和入水长度变化成反比。本研究成果可进一步加深对窄缝挑坎消能工水力特性尤其是水翅形成机理的认知,为工程实践提供优化依据。     

坝身泄水孔窄缝消能工三维水动力特性数值模拟

本文采用双方程紊流模型对中孔窄缝消能工的出流进行了三维紊流数值模拟，给出了侧墙压力分布、流场、挑流水面线等水流特性。计算结果和模型试验数据对比，两者吻合较好，对不同底板挑角的方案进行的比较计算结果，发现底板挑角对水流特性有着明显的影响。     

窄缝消能工水力特性数值模拟

对于窄缝式消能工,收缩比和出口形式是影响其水力特性和消能效果最重要的两个参数。采用RNGκ-ε紊流模型与VOF多相流模型对窄缝消能工进行水气两相流三维数值模拟,模拟收缩比为0.4,出口形式为矩形和底部收缩比为0.5,顶部收缩比为0.7的V形出口两种窄缝体型的水力特性,数值模拟结合龙水电站开口泄洪中孔窄缝消能工模型试验,对比分析了两者在压力、水面线、水舌和落水形态等水力特性的不同,结果表明采用紊流模型模拟研究窄缝消能工的水力特性是可行的;V形出口形式具有较大的优越性。     

X射线能谱仪专用计算机硬件检修方法研究

Ｘ射线能谱仪是中国科学院从美国引进的，用于微区元素定性定量分析。能谱仪由计算机、Ｓｉ（Ｌｉ）探测器、电子系统、显示器、驱动器等几个部分组成，核心是ＡＬＰＨＡＬＳＩ－２／２０Ｇ专用计算机。Ｘ射线能谱仪主要故障有：①计算机不启动；②ＣＰＵ对存储器访问失效，调不出图谱。用准静态法对能谱仪专用计算机电路板检修，可快速、准确地确定故障部位，此方法也可应用于通用计算机维护，具有一定的社会和经济效益。     

带差动挑坎的溢洪道流场三维数值模拟

采用RNGκ-ε紊流模型和VOF方法对某工程带差动型挑坎的溢洪道流场进行了三维数值模拟研究,详细描述了差动坎处的流速、压强等水力参数的分布规律,得出了高低坎挑射水舌的挑距、入水角。将部分结果与试验对比,符合良好,验证了数值模拟是准确可靠的,可作为模型试验的有益补充,为挑坎设计提供重要的参考依据。     

挑坎水舌运动轨迹控导措施研究

依托某工程泄洪洞出口消能工体型优化试验,对常规挑坎、平面扩散型和纵向扩散型消能工（窄缝挑坎）的挑坎水舌特性进行了对比研究,其中重点对窄缝挑坎消能工鼻坎体型对水舌运动轨迹、水舌形态、入水范围的控导作用进行了初步探讨。研究结果表明：通过侧墙非对称偏向、出口局部偏转等措施实现挑坎水舌运动方向的控导效果,适应下游河道边界特殊需要,较好地解决了工程消能难题,可为同类型工程提供参考,但鼻坎体型、尺寸等参数与水舌运动轨迹的定量关系仍有待进一步深入系统研究。     

窄缝挑坎在高拱坝深孔中的 初步应用研究

在锦屏一级水电站（拱坝坝高305 m）整体水工模型上将窄缝挑坎应用于高拱坝泄洪深孔,对窄缝挑坎体型参数选择和布置进行了试验研究。试验结果表明,窄缝挑坎应用于高拱坝深孔,可以获得窄长下泄水流流态;边墙压力测量结果显示,深孔采用窄缝挑坎后边墙无负压出现,但在窄缝收缩起点附近存在压力增大;射流水舌在水垫塘内纵向扩散效果显著,水垫塘底板时均冲击动压分布相对常规挑坎时而言更加坦化,底板冲击动压差也大大减小,这对水垫塘底板稳定和减小射流冲刷有利.     

窄河谷多个泄水建筑物水舌落点的控制研究

在窄河谷中布置多个泄水建筑物时,若泄流孔口体形设计不当,可能存在水舌交叉、集中、砸岸等问题,研究各水舌落点控制问题具有现实意义。结合某山区窄河谷水电工程,在1∶50的整体水工模型试验基础上,研究了坝身表孔、中底孔及侧底孔挑射水流的落点控制问题。结果表明:窄河谷多个泄水建筑物的中孔位置可优先考虑设置燕尾坎;斜切坎应用于边孔位置时,宜对靠岸坡的边墙进行适当的倒圆处理;连续坎挑射水流横向扩散充分,不宜应用于窄河谷。     

EQS-3型桥测绞车测洪能力分析

使用EQS-3型桥测绞车,施测流量时,受水流冲击作用,悬索会产生一定的偏角,绞车需要配挂足够重量的铅鱼,才可以测得不同的水深和流速。对悬挂不同铅鱼,施测不同水深、流速情况下的水流总阻力及出现的偏角,进行了合理的分析,并提出了控制偏角的确定方法。通过对各项水流阻力所占比重分析,可知EQS-3桥测绞车完全能满足平原河道的测洪要求。     

The efficiency of gravity distribution devices for on-site wastewater treatment systems

A detailed analysis of different types of gravity distribution devices, designed to split on-site wastewater effluent equally between percolation trenches, has been carried out both in the laboratory and also in the field under realistic loading conditions. Five different types of distribution device have been compared: a V-notch distribution box, stilling chamber box, T-splitters with and without baffles and tipping bucket device. The trials carried out in the laboratory with clean water showed that flow distribution for all devices was sensitive to both the off-level installation angles and variable flow rates, with the most stable performance achieved using the T-splitters with baffles and tipping bucket devices. In parallel to this, the on-site flow regime experienced at two sites was continuously monitored using a tipping bucket and data-logger over eighteen month periods, finding that the most common flow rates at the distribution unit were in the range of 0.1-2.5 L/min. The on-site performance of these devices receiving both septic tank and secondary treated effluent showed that significant solid deposition and biofilm development had severely affected the equal distribution between the trenches, hence highlighting the need for regular maintenance to ensure efficient performance over time after installation.     

尾坎位置对坎式阶梯溢洪道水力特性影响研究

〗坎式阶梯溢洪道具有较高的掺气效率,然而目前为止对其详细流场结构以及消能特性开展的研究尚不多见。为此结合VOF法,采用标准k-ε紊流模型对带尾坎的阶梯溢洪道进行了三维数值模拟,研究了不同尾坎位置对其水力特性的影响。结果表明：随着尾坎向上游移动,水面线和尾坎下游侧的旋涡大小均无明显变化,但尾坎上游侧的旋涡尺度逐渐减小;对于不同体型,同一台阶凸角上流速呈先增加后不变的规律,而对于同一体型,下游台阶凸角上流速大于上游的;台阶水平面上最大压强先增加后不变,台阶竖直面上最小压强逐渐减小,而尾坎下游侧竖直面上最小压强则呈增加的趋势;台阶面上最大紊动能耗散率逐渐增加,而尾坎上的则相反,总的消能率变化甚微。     

戽流消能沿程水面波动特性研究

为探究采用戽流消能方式时下游河道水面波动的情况,结合某实际工程建立了1∶60整体物理模型,应用DJ800多功能采集系统对自由戽流、附着戽流、临界戽流及淹没戽流时下游山区河道内沿程水面波动特性进行了模拟,并对沿程波高、周期、波长、波速及波动概率密度等特征参数进行统计。研究结果表明:戽流消能形成的涌浪在x/D20的范围内衰减明显,之后衰减明显减缓;稳定戽流时,坝下水面波动周期、波长及波速较其余戽流流态均明显变小,且河道平面转弯对波浪的衰减影响有限,波浪传播较远;不同戽流流态河道内波动主要分布在±3σ范围内,基本符合正态分布。研究成果可为类似工程的防波设计提供参考依据。