多级孔板空化与脉动壁压特性

本文结合小浪底四级孔板泄洪洞和碧口二级孔板泄洪洞,研究了多级孔板的空化与脉动特性,对多级孔板的水流空化数和初生空化数随孔径比的变化关系进行了详细地探讨。得到了随着孔径比的增加,孔板的消能率降低而孔板抗空化能力提高的结论。同时,对多级孔板空化前后的脉动荷载分布、脉动压力随孔径比的变化关系进行了讨论,某些成果已被工程设计单位采用。     

初生空化数比尺效应的修正

在初生空化位置写出了随流运动的球泡动力方程，估计了方程各项在空化初生时的近似值；以现有的实测资料为依据，选择了能识别的气核失稳的临界半径Rc的大小；给出了原型初生空化数与模型初生空化数的简单关系式；列出了碧口水库孔板洞4个不同比尺减压模型的实测初生空化数，这些模型初生空化数的值相差很大，但由这4个模型初生空化数和本文给出的换算关系得到的原型初生空化数很接近，这原型初生空化数与原型观测结果定性一致。     

泄水建筑物若干体型初生空化数的合理取值

 在泄水建筑物高速水流防空蚀水力设计中，通常用水流空化数与初生空化数对比，判别该部位(或体型)是否发生空化。关于体型的初生空化数，一般应通过减压试验确定，而在初步设计优选体型过程中，通常就需知其初生空化数。在前人研究成果基础上，通过综合分析，提出若干体型初生空化数，可供当工程不具备进 行减压试验情况下，设计和科研人员参考。     

孔板泄洪洞初生空化数的估计

本文通过解析方法得到了孔板泄洪洞中最小压力系数Ｃｐｍｉｎ的表达式；给出了计及压力脉动及水中含气量影响的初生空化数的半径验关系式；对孔径与管径比为０．６９时在不同管径及流速条件下的计算结果与已有文献的实验结果进行了比较，它们吻合良好。     

用数值模拟法探讨三峡坝体深孔体型

本文用数值模拟法,对三峡坝体深孔泄流的水力特性进行了计算分析。在原坝体深孔设计方案的基础上,对深孔顶部、侧向收缩曲线,以及底部 Ogee 段堰面曲线进行了参数优化计算,提出了适应三峡工程泄洪运行条件的初步修改方案。文中还从减免空蚀的角度,着重探讨坝体深孔体型的设计原则。根据深孔的体型边界综合满足等允许压力水头和等允许空化数的条件,提出了一种按临界落差设计的原则。     

泄洪洞两级孔板宣泄含沙水流消能及空化特性的原型试验研究

本文给出了碧口水电站排沙洞两级孔板消能效果及空化特性的研究成果。原型观测表明,两级消能孔板总的水头损失达原水头的30-45％,其消能效果是显著的,浑水时消能孔板初生空化数的量级接近于4.0。在孔板设计时,需认真考虑由于设置孔板引起的水流空化问题。试验说明,与清水相比,水流挟沙后对消能和防止空化是有利的。     

多级孔板消能在大梁水库放水洞中的研究应用

大梁水库放水洞初步设计采用９级孔板消能，经水工模型试验证实，１５５ｍ水头可消减１３０ｍ，消减水头占总水头的８４％以上，消能效果显著，文中主要内容是孔板消能机理、布置原则、影响因素及设计试验成果，孔板消能设计中的关键问题是：（１）孔板孔口水头损失系数的选择，影响水头损失系数的因素有雷诺数Ｒｅ，孔径比ｄ／Ｄ，孔板间距及孔板形状等；（２）要求水流空化数大于初生空化数，以避免孔板产生空蚀、空化现象。     

某水库底孔减压模型试验研究

讨论了形成初生空化数比尺效应的水动力原因及热动力原因,从Rayleigh-plesset泡动力方程出发建议了初生空化数比尺效应的修正方法,用减压模型测定了某水库底孔事故平板门槽及泄槽突扩跌坎后的模型初生空化数KiM及给出了经空化比尺效应修正后的原型初生空化数Kip。     

小浪底异流洞中闸室修改体型研究

通过模型试验，对中闸室施工修改体型即骤留凹槽方案进行了论证，认为该体型在运用中发生空化的可能性较大，不宜采用，原设计无凹槽体型方案，水流流态较好，水流空化数大于初生空化数，建议采用，对改建施工中需要凿除部分，建议采用降低砼标号的方法来减小施工难度。     

有压泄洪洞内多级孔板消能的试验研究

多级孔板是用于有压泄洪洞的一种新型消能措施。为了论证其消能效果和水流特性,特进行了单条洞体的水工模型试验。本文对多级孔板的消能效果、水流特性和空化、空蚀问题等试验成果进行分析研究后提出:(1)在有压泄洪洞内采用多级孔板消能,效果显著。若设五级孔板,其水头损失总和约占总水头损失的93%。(2)一般情况下,孔板消能系数K值随孔径比d/D的减小而增大,随距径比L/D的增大而增大,在充分紊流区,K值和需诺数无关。(3)孔板段最高流速在洞中心附近约为断面平均流速的3倍。(4)孔板段脉动压力幅值随库水位升高而增加。(5)孔板的空化和空蚀问题是多级孔板消能方案的关键问题之一。减小泄洪洞出口断面、抬高下游尾水位或加大孔板的孔径比,均可有效地调整洞内压强,提高水流空化数,避免最末一级孔板发生空化。但由此会相应地减小泄洪洞泄流能力或降低孔板的消能效果,所以在利用多级孔板进行消能设计时,需要权衡利弊,进行适当处理。     

组合式水力空化杀灭原水中病原微生物的试验

基于浙江工业大学水力学实验室自主研发的由三角形孔口多孔板和文丘里管构成的组合式水力空化装置,以菌落总数和大肠杆菌作为病原微生物的指示菌,对杭州市区胜利河原水不同体积比水样进行灭菌处理。通过琼脂平板计数法检测菌落总数和大肠杆菌的杀灭率,研究了水力空化对水中菌落总数和大肠杆菌的杀灭效果,分析了文丘里管扩散段的扩散角,三角形孔口多孔板的孔口数量、孔口排列方式,原水体积比以及空化数对菌落总数和大肠杆菌杀灭率的影响。试验结果表明,选取合适的扩散角和原水体积比,适当增加孔口数量,采用交错式孔口排列方式多孔板和降低空化数可以提高菌落总数和大肠杆菌杀灭率。     

CAVITATION INCEPTION OF GATE SLOTS

This paper,starting with field investigation,gives a comprehensive review ofthe hydraulic design and performance of gate slots in 85 existing projects covering 158 gates ofvarious dimension and operating head.Systematic model tests have been conducted in a watertunnel to optimize the configuration of gate slots.Main parameters affecting cavitation inceptionhave been studied,such as the ratio of width to depth,the relative offset,the slope of side wall.as well as the radius of curvature of slot's corner.The scale effects of cavitation modelling arepreliminarily verified.The conformity between model studies and prototype inspections is quiteagreeable.Conclusion and suggestion are made to meet the demand of hydraulic design of gatesolts.     

南水北调西线阿安引水隧洞水力学试验研究

南水北调西线阿安引水隧洞具有水头高、流速急、定流量、变闸门开度、水位变幅大等特点,借助于水工模型试验对输水洞在不同工况运用下的水流流态、泄流能力、压力特性及关键部位的空化特性、闸门区水流特性、消能工体型等进行了较系统的研究、分析,并对洞内消能工体型进行优化。在工作闸门区突扩跌坎处,选择合适的体型并严格控制表面不平整度,可达到防止或减小空化的目的。     

溢洪道底板空蚀发生位置及抗空蚀措施分析

以肯斯瓦特水利枢纽工程为例,通过水工模型试验,测试其设计水位工况下和泄洪消能标准水位工况下溢洪道泄洪时底板的流速及压力分布,并根据空化理论模型对其底板沿程空化数进行了计算。结果表明:可以通过溢洪道流速特性和底板压力分布来分析过流面的空化空蚀特点;在实际工程中,可采用优化过流面的体形、设置掺气减蚀设施、控制溢流面的不平整度以及使用抗空蚀材料等方法来防止空化和空蚀的发生。     

三峡大坝泄水建筑物水力学原型观测与分析

三峡大坝泄水建筑物具有下泄流量大(102 500 m3/s)、泄洪落差大(97.3 m)、孔口数量多(22个表孔和23个深孔)、运行水头高(90 m)、库水位变幅大(135～180 m)等特点,其泄洪运行备受关注。采用现场原型观测手段,2003年以来历时十余年,系统观测了深孔135 m、156 m、172 m和表孔162 m、172 m特征库水位泄洪消能水动力特性,重点考察了水流流态、动水压强、水流流速、水流空化噪声、通气风速、水流掺气浓度、坝下冲刷等参数,获得了宝贵的原型系列观测数据,并与模型试验成果对比分析补充完善。观测显示,泄水建筑物过流面虽有初生空化信号但未见空蚀和泥沙磨损破坏,坝下消能区冲坑最深点高程20.8 m,折算其上游坡比1∶6,表明三峡大坝泄水建筑物布置总体是成功的。     

三峡工程泄洪深孔体型及水力特性的试验研究

 本文对三峡工程泄洪深孔进行了5种体型有压短进水口的比较试验研究,通过泄流能力、压力分布以及空化特性等全面水力特性的比较,提出建议采用的体型。对明流泄槽亦进行了两种体型的比较试验研究,对其水力特性做出明确的评价。     

A review of cavitation in hydraulic machinery

This paper mainly summarizes the recent progresses for the cavitation study in the hydraulic machinery including turbopumps, hydro turbines, etc.. Especially, the newly developed numerical methods for simulating cavitating turbulent flows and the achievements with regard to the complicated flow features revealed by using advanced optical techniques as well as cavitation simulation are introduced so as to make a better understanding of the cavitating flow mechanism for hydraulic machinery. Since cavitation instabilities are also vital issue and rather harmful for the operation safety of hydro machines, we present the 1-D analysis method, which is identified to be very useful for engineering applications regarding the cavitating flows in inducers, turbine draft tubes, etc. Though both cavitation and hydraulic machinery are extensively discussed in literatures, one should be aware that a few problems still remains and are open for solution, such as the comprehensive understanding of cavitating turbulent flows especially inside hydro turbines, the unneglectable discrepancies between the numerical and experimental data, etc.. To further promote the study of cavitation in hydraulic machinery, some advanced topics such as a Density-Based solver suitable for highly compressible cavitating turbulent flows, a virtual cavitation tunnel, etc. are addressed for the future works.     

万家寨水电站水中含沙对空化压力的影响

对万家寨水电站含沙量对水力机械内空化压力的影响进行了研究，并利用自行研制的测量装置实测了黄河万家寨水电站含沙水样的初生空化与，临界空化压力．实测结果表明，随着含沙量的增大，初生空化与临界空化压力值均有所提高，且接近线性关系．这一成果可用于所有含沙河流上的水电站水轮机与水泵站水泵合理确定安装高程时的参考．这样做可以减少空蚀与泥沙磨损给运行带来的经济损失．