基于水势差驱动出流机制的微润灌水分运动模型构建及模拟

为研究微润灌土壤水分入渗特征和不同影响因素对其影响规律,基于微润管出流机理,采用HYDRUS-2D软件构建了微润灌土壤水分运动模型。利用室内试验实测数据验证了模型的准确性,参数敏感性分析表明模型模拟结果对微润管的形状和水力特征参数敏感度较低。不同情境模型模拟结果表明:微润灌下水分主要集中在管附近;土壤质地越黏重,微润灌湿润范围和湿润锋运移速率越小,湿润体水分分布等值线图越接近于同心圆;工作压力水头越高,湿润范围和湿润锋运移速率越大,且管附近土壤饱和度越高,但200 cm工作压力水头下土壤不易达到饱和;微润管埋深显著影响湿润体的位置和湿润锋到达上下边界的时间,但在湿润锋到达边界之前,其对微润管出流量和湿润锋运移速率影响不大。本研究可为微润灌系统设计管理优化和该技术的进一步推广应用提供参考。     

基于HYDRUS的微润灌溉线源入渗数值模拟

为探究微润灌溉在沙壤土中的入渗规律,以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立1.0、1.5、2.0 m三种水头下微润灌溉土壤水分运动的数学模型。利用HYDRUS(2D/3D)软件对模型进行求解,求解结果表明:微润灌溉入渗流量随水头的增大而增大;湿润体沿渗灌管呈圆柱形分布,相同灌水时间下,湿润体大小随水头的增大而增大,湿润锋运移速率在灌水48 h内迅速减小,之后逐渐趋于稳定;含水率等值线为以渗灌管为中心的同心圆,平均含水率随水头的增大而增大,灌水均匀度随水头的增大而减小。为了验证软件模拟的精确性,将田间试验结果与模型模拟值进行对比,结果表明:模拟值与实测值无显著性差异,两者具有较好的一致性,说明HYDRUS软件可用于模拟微润灌溉条件下土壤水分运动及设计地下线源入渗灌水策略。     

微压超薄多孔软管滴孔平均流量及偏差率研究

在室内试验的基础上,应用水力学理论分析微压超薄多孔软管滴孔平均流量的变化规律,提出了滴孔平均流量的计算方法.试验结果表明:微压超薄多孔软管灌溉技术在一定坡度范围内较为适用,否则滴孔流量偏差率较大;在相同条件下,软管单孔平均流量随压力水头和坡度的增加而增大,随铺设长度的增加而减少;在同一坡度和压力水头下,滴孔的流量偏差率随铺设长度的增加而增大;在同一坡度和不同水头条件下,滴孔流量偏差率随着软管自压水头的增大有减小的趋势.     

多孔管的压力分布特性试验

通过室内试验并结合水力学理论分析多孔管沿程压力分布规律,研究了坡度、压力水头、孔距、管长4个参数对沿程压力分布的影响。试验结果表明:多孔管沿程压力随压力水头和孔距的增大而增大,随管长的减小而增大,多孔管沿程压力在平坡、顺坡、逆坡3种情况下分别有不同的变化规律。对推导出的水力学理论公式进行了验证,试验证明该公式在与试验条件类似或基本一致的条件下可用于实际计算。     

低压孔口式滴灌管出流规律试验分析

在0.25～5 m的水头下对孔口式滴灌管的出流规律进行了试验分析。结果表明：试验条件下孔口式滴灌管的出流均为紊流式出流,孔口流量随孔径增大而增大,增幅随管径的增大而增大。在相同的工作压力下,0.6 mm孔径滴灌管,孔距33 cm的孔口流量大于孔距100 cm的;0.9、1.2 mm孔径滴灌管,孔距100 cm的孔口流量大于孔距33 cm的,孔距50 cm的孔口流量均最小。测试滴灌管灌水均匀度随工作水头有2种变化关系：一种是灌水均匀度随工作水头的增大而增大;另一种是灌水均匀度随工作水头的增大先增大后减小。当滴灌管处理与试验条件相似时,工作水头宜控制在1～2.5 m。     

叶片包角对中比转速离心泵水力振动的影响研究

为了研究叶片包角对中比转速离心泵水力振动的影响,以一台比转速为103的中比转速离心泵为研究对象,探讨叶片包角分别为116°、122°、128°的3种离心泵在不同的流量工况下的外特性特征,设计流量下叶轮流道、蜗壳流道内监测点的压力脉动特性。研究结果表明:存在一个最佳的叶片包角122°使中比转速离心泵的扬程和效率最高,且最佳效率点向大流量点偏移;叶轮流道内各监测点的压力脉动随叶片包角的增大而逐渐降低,而各压力脉动幅值随叶片包角的增大而逐渐增大;蜗壳螺旋段内的压力脉动值沿流体流动方向逐渐减弱;随着叶片包角的增加,蜗壳流道内监测点的压力值逐渐增大,隔舌监测点和出口处监测点的压力脉动幅值也同步增大,而蜗壳螺旋段内监测点的压力脉动幅值逐渐减小。综合考虑适当地增大叶片包角可以减小离心泵的水力振动。     

裂隙试样在动静组合荷载下的力学特性研究

采用WDT—1500多功能材料试验机,对裂隙倾角为0°、30°、45°、60°和90°的非贯通裂隙水泥砂浆试件,在单轴循环荷载与静载组合条件下进行了力学特性试验研究。研究结果表明:随着裂隙倾角的增大,变形能先减小后增大,峰值强度先降低后增加,弹性模量呈上升趋势,破坏形态由剪切破坏向张剪混合破坏形式转变。     

动力荷载下软硬互层岩体力学特征

针对动力荷载下软硬互层岩体破坏问题,以汶川水磨沟滑坡层状岩体为研究对象,依据相似理论,制作软硬互层岩质试块,开展单轴压缩及变上下限等幅值循环荷载试验,研究其动力特性及破坏过程。结果表明：随岩层倾角的增大,其破坏模式为贯通层面的张拉破坏(0°～30°)、沿层面的剪切破坏(45°～75°)及沿层面的劈裂破坏(90°),而试样的强度及应变先增后减。对于相同倾角的试样,强度随加载频率及围压增大而增大。应变随加载频率增大而减小,随围压增大而增大。加载频率的增大会导致竖向拉张裂缝贯通、破裂程度降低。     

开孔率对多孔管压力水头分布规律的影响分析

多孔管的压力水头分布规律是多孔管水力性能的重要研究方向之一。通过采用室内试验与理论分析相结合的方法,研究了在平坡条件下,开孔率对多孔管压力水头分布规律的影响情况。试验结果显示:在平坡条件下,多孔管沿程压力水头的变化范围随着开孔率的增大而增大,多孔管的末端压力水头随着开孔率的增大而减小。利用水力学有关知识,采用达西-威斯巴赫公式,经过理论分析发现,当孔间距变化引起开孔率增大时,多孔管的沿程压力水头是减小的。经过分析证明,试验结果与理论分析结果一致。     

裂隙倾角对石油洞库水封效果的影响

结合某大型地下水封石油洞库工程,采用离散单元法,运用UDEC软件,模拟了不同工况下,不同倾角裂隙的存在对洞库渗流场的影响,并进而分析了在各渗流场情况下,洞库的水封效果的变化。结果表明:洞库周边的裂隙水压随角度增大而增大,在20°至40°中,裂隙水压快速增大,在40°至70°中,裂隙水压缓慢增大;相同水封措施对倾角较小的裂隙岩体的水封效果比大倾角裂隙岩体的水封效果差,要维持同等的水封效果就需要加大水幕洞水头,但是小倾角洞库的涌水量较大倾角洞库的小。     

超低水头竖井贯流式水轮机模型试验

为研究超低水头下竖井贯流式水轮机的能量特性和空化特性,对一种额定水头为2.10 m的超低水头竖井贯流式水轮机进行模型试验。基于河海大学水力机械多功能试验台,采用压差传感器、电磁流量计、扭矩仪等仪器对不同导叶开度、不同叶片安放角下GD-WS-35型水轮机的水头、流量和扭矩等参数进行测试,并绘制了水轮机模型综合特性曲线。试验结果表明:当叶片安放角为23°,导叶开度为65°时,在额定水头2.10 m条件下,模型水轮机的流量为0.398 m3/s,效率为83.34%,出力为6.838kW,对应原型水轮机的流量为9.96m3/s,效率为85.14%,出力为174.7 kW,水轮机具有良好的能量特性;当叶片安放角为23°,导叶开度为65°时,水轮机具有良好的空化性能。     

折叠液压坝支撑结构工作特性有限元分析

为了探究折叠液压坝支撑结构在坝体升降过程中的工作特性,结合某实际工程,采用三维有限元法,研究了加固后的折叠液压坝支撑结构在不同面板启闭角度下应力的变化规律,分析了坝前泥沙淤积高度对支撑结构工作特性的影响。结果表明:该工程在导致液压坝破坏的实际溢流水头作用下,支撑连杆主应力最大值随着面板启闭角度的增大先增大后减小,其最危险的开启角度为45°;支撑连杆座主应力最大值随面板启闭角度的增大先减小后增大,最后再减少,其最危险的开启角度为0°;地锚螺栓最危险截面平均拉应力在面板开启角度45°时出现峰值59.46 MPa,平均剪应力在面板开启角度0°时出现峰值75.56 MPa,平均应力值均大幅低于加固前值,且均能够满足安全要求,表明加固后的折叠液压坝支撑结构安全可行;坝前泥沙淤积对折叠液压坝支撑结构稳定性具有不利影响。     

单裂隙辐射流渗流试验研究

通过裂隙辐射流渗流试验装置对人工裂隙进行不同法向荷载下渗流试验,分析法向应力和渗流压力对渗流量的影响机理。各级法向荷载下裂隙面冲刷痕迹大体接近,被冲刷的区域集中在试件中心进水口处,进水口附近水流产生较大紊动。不同法向应力下渗流量与入渗水头近似呈线性关系,说明了试验过程中裂隙水的运动特性符合达西定律;相同入渗水压下的渗流量大致相同,上下试件之间的接触状态不随法向应力的加大发生变化,而是维持一个稳定的裂隙开度。入渗水压从0.1 MPa到0.2 MPa之间水头损失增加较快,0.2 MPa后增速变慢且趋近直线;水头损失百分比曲线呈现先增大后减小的规律,拟合曲线为三次多项式。     

泵站有压输水系统启动过程中蝶阀非定常流场研究

蝶阀广泛应用于有压输水系统,其开启过程是输水系统启动运行的必经阶段。在开启过程中,阀板需按预定的规律在流场中做旋转运动,具有变压差变截面的特点。本文针对泵站加压输水系统,采用一维/三维耦合计算思路,对蝶阀上下游的管路段按准恒定假设基于伯努利方程、对蝶阀所在的三维流体域基于动网格策略,构建了蝶阀开启过程数值分析方法,提出了模拟计算的动态边界条件及数据更新方式,对蝶阀开启过程非定常特性进行了三维数值模拟。研究结果表明,当阀板转角由0°匀速增大至90°,管道流量在阀板转角0~45°范围内快速增长,在45°时达到额定流量的90%,之后流量增长速度变缓。阀板水力转矩呈先快增后慢减的变化趋势,最大水力转矩出现在阀板转角20°时。从蝶阀前后流场可以看出,在阀板下游具有从两个主涡到流线平顺的演化特征。该研究揭示了蝶阀开启过程中水力瞬变演化机理,为优化蝶阀设计和输水系统稳定运行提供了参考。     

节理倾角对砂岩强度及物理特征的影响

节理岩体广泛存在于实际工程中,深入研究节理倾角对岩体强度和物理特征的影响,对节理岩体工程稳定性研究具有重要的意义。通过完整及含不同节理倾角岩样在不同围压下的三轴加载破坏试验及声波测试试验,探讨了节理倾角对砂岩强度及物理特性的影响规律。试验结果表明①随着节理倾角的变化,岩样纵波波速衰减率有所不同,节理倾角为60°时岩样波速衰减率最大。②节理岩样的弹性模量随倾角大小的变化规律是E_完整>E _90°>E _30°> E _60°。③在同一节理倾角下,岩样峰值强度随着围压的增加而增大;在同一围压下,岩样峰值强度随着节理倾角的变化表现出明显的各向异性。④节理岩样的黏聚力随着节理倾角的变化呈现出U型的变化趋势,且在节理倾角为60°时黏聚力最小;同时内摩擦角随着节理倾角的增大而逐渐增大。由上述成果可知,节理倾角对砂岩强度和物理特性影响较大,节理倾角为60°时,影响程度最大。     

泥石流入汇主河情况下交汇口附近变化规律的试验研究

本文在试验的基础上，分析了泥石流入汇主河后，汇口附近各水力参数的变化规律。探讨了泥石流入汇后下游水位相对壅高与流量比以及交汇角的关系，得出相对壅水高度随流量比及交汇角的增大而增大的结论。分析了主河在入汇口附近的淤积变化规律。在30°、60°和 120°交汇情况下，淤积量随支流流量及流量比的增大而增大；淤积率则随总流量增大而减小，在主支流量相当时出现最大值。90°交汇时，淤积量随支流流量及流量比的增大而减小；淤积率随总流量增大而增大，在主支流量相当时出现最小值。平均及最大淤积深度在主支流量相当时出现最大值。顺河向交汇时，淤积深度最大值随交汇角增大而增大，120°交汇时淤积深度与30°交汇时相当。     

高扬程两级双吸离心泵时序效应研究

因叶轮与导叶的周向相对位置变化而产生的时序效应对水泵性能有直接影响。本文针对一台两级叶轮均为6叶片的双进口两级双吸离心泵首级叶轮、过渡流道和第二级叶轮所组成的相位分别为0°、15°、30°及45°等4种方案,对0.6Q、1.0Q及1.2Q等3种典型工况下的水泵瞬态特性进行了研究,分析了过流部件压力脉动频域特征,总结了压力脉动及叶轮径向力变化规律。研究表明:两级双吸离心泵叶轮相位对水泵扬程及效率的影响不显著,偏差在2%以内,但相位对水泵过渡流道和压水室压力脉动影响大,在设计工况下,相对于0°、15°及45°方案,30°方案对过渡流道入口隔舌处压力脉动主频幅值削减度分别达70%、38%和40%;对压水室隔舌处压力脉动主频幅值削减度分别达31%、18%和22%。4种方案对应的离心泵叶轮径向力在各工况下均呈周期性变化,且30°方案下叶轮所受到径向力最小。为保证水泵安全稳定运行,建议两级双吸离心泵首级叶轮与第二级叶轮在圆周向呈对称交错安装。本文研究成果为高扬程多级离心泵的优化设计和稳定运行提供了科学依据。     

坡面水蚀动力因子与土壤剥蚀率灰色关联分析

为了确定何种水蚀动力因子能准确地描述径流剥蚀土壤的过程，本文在坡度为3°到30°和流量为2.5L/min到6.5L/min范围内采用土槽径流冲刷试验，运用灰色关联分析法，系统地研究了坡面水蚀动力因子(流量、单宽径流能耗、水流剪切力、水流功率和单位水流功率)与土壤剥蚀率之间的关联度。结果表明：流量相同时，水流剪切力与土壤剥蚀率关联度最大，呈幂函数关系；坡度相同时，单宽径流能耗与土壤剥蚀率关联度最高，两者呈线性关系。     

基于不同倾角的压裂水平井试井解释

基于源函数理论,采用镜像映射和叠加原理建立了压裂水平井中裂缝呈不同角度时地层中任一点的压力计算公式,并通过Laplace变换和Stehfest数值反演得到了考虑井筒存储和表皮系数影响的水平井井底压力解.对影响水平井井底压力的因素进行研究表明:裂缝倾角对各向同性地层中的压力影响主要表现在线性流到径向流的过渡阶段;而对各向异性地层中的压力影响主要表现在早期,裂缝的倾角越大,定产量生产所需压差越大,压差变化幅度也越大;裂缝对地层的穿透程度只影响水平井各流态出现的时间,穿透程度越大,相应流态出现的时间便越晚;同时,只有当裂缝的间距达到一定距离时才能出现第一径向流,且间距越大,第一径向流持续的时间越长.