竖缝式鱼道休息池水动力特性研究

诸多鱼类会在休息池内,特别是转弯段休息池内出现滞留或上溯困难。通过建立三维RNG k-ε紊流模型,分析了竖缝位置、池室长度、休息池内增设辅助隔板等对直段休息池、转弯段休息池水动力特性的影响。结果发现,休息池内水流紊动能、紊动耗散率远低于普通池室,且休息池越长,紊动能及紊动耗散率越低,休息空间越大;竖缝位置对直段休息池水流特性影响不大,规范规定的休息池池长是合理的。对于29°弯段休息池,竖缝异侧布置更有利,对于180°弯段休息池,同侧布置更有利;由于180°弯段休息池池室中央存在大范围高流速回流区,应予充分重视。在休息池内增设辅助隔板能有效消除池室中央大回流区,且大幅增加低流速区面积,值得推广应用。     

城市排水泵站水力特性及整流措施

为了解弧形进水箱涵城市排水泵站水力特性,探寻改善泵站内部不良流态的整流措施,采用数值模拟方法对城市排水泵站水力流态及整流措施进行研究,并通过物理模型对整流效果进行验证。研究结果表明：弧形进水箱涵城市排水泵站的前池存在主流偏斜与分离流动现象,前池主流集中在中上层,中下层出现大范围的立面环流,底层存在回流,进水池内流态紊乱并出现旋涡,导致水泵进水不够顺畅;设计优化的“方形立柱+组合横梁”的组合式整流措施能够改善前池和进水池的水力流态,前池内的偏流和分离流动消除,底层回流消失,进水池旋涡得到有效抑制,3台水泵进水流道入口流速分布均匀度分别提升了12.0%、8.7%、8.3%,入流速度加权平均角分别提升了7.08°、9.07°、11.40°。     

基于FLUENT的折板絮凝池三维涡旋水流数值模拟

折板絮凝池复杂的涡旋流场对絮凝效果具有重大影响,借助大型流体软件FLUENT,采用κ-ε方程对不同角度的折板絮凝池内涡旋水流进行了数值模拟,比较不同折板絮凝池内水流流态和压力状态,结果表明90°异波折板与90°同波波折板组合对提高絮凝效果最为有利,这为折板絮凝池的工程设计提供了重要的参考价值.     

城市雨水泵站侧向出水箱涵整流措施模型试验

为研究上海某雨水泵站侧向出水箱涵的水力流态,采用物理模型试验方法对出水箱涵内部的水力流态特性进行分析,并针对发现的问题提出了在出水箱涵内加设由导流短墩、底坎、组合梁构成的组合式整流措施。试验结果表明:出水箱涵内部水流扩散不良,导致出水箱涵出口流量分布不均、主流居中且出口两侧出流较小;增设组合式整流措施后,出水箱涵在导流短墩、底坎、组合梁的综合整流作用下,显著均化了出水箱涵各孔流量,有效提高了出水箱涵的出流均匀度,解决了出水箱涵流态存在的问题。     

调整池对弯道水流特性的影响

针对调整池对弯道水流特性影响问题,以试验研究为基础,结合数理统计和数值模拟方法,引入流态改善效果评价指标和分析典型工况,研究了调整池对流态和超高等水力特性的影响。结果表明:调整池起到了分散水面超高和改善流态的作用,且调整池长度是影响流态改善效果的重要参数,在一定范围内效果显著,超出该范围将很难再发挥作用;设置调整池的水面超高公式计算结果误差较大,在工程实际应用中需要进行修正。     

闸站结合泵站前池流态优化

为了优化闸站结合泵站运行时的前池流态,消除不良流态的影响,采用物理模型试验和数值模拟相结合的方法,分析了不良流态发生的原因。提出了多种优化整流方案,研究了其整流效果,构建了由带通水孔的导流墙、Y型导流墩和沿流向导流坎所形成的组合式整流措施。数值模拟发现,带通水孔的导流墙能够有效缩小并上移导流墙后回流区,再借助Y型导流墩和沿流向导流坎的整流作用,能使前池水流均匀顺直地进入进水池,较好地解决了因横向流速产生的偏流问题。研究结果表明,该组合式整流措施使得进水流道进口流速均匀度由86.30%提高到了93.46%,进水池两侧轴向流速偏差度由原来的12.63%下降为3.47%,整流效果显著。研究成果可为类似泵站工程流态改善提供参考。     

泵站进水池翼型导流板整流特性数值模拟

基于CFX求解器,针对具有通航功能的某小型闸站式侧向进水泵站进水池内的不良流态,开展了翼型导流板正交试验数值模拟研究。计算结果表明:无整流措施下,进水池流态紊乱,1～3号进水池存在大尺度的回旋区,流速分布不均匀,轴向流速分布均匀度仅为76.84%;在离进水池进口1D处设置4个仰角为25°的翼型导流板,进水池大尺度回旋基本消失,流速分布均匀,轴向流速分布均匀度为90.2%,提高了13.36%,水流平顺且均匀对称;翼型导流板可以有效破坏进水池内的回流,迫使破坏后的水流沿其上表面和下表面流动,流速分布均匀性得以改善。     

泵站前池单排方柱整流措施数值模拟

为改善泵站前池内水流流态,基于Fluent软件,运用RNG k-ε模型对加单排方柱的正向进水泵站前池流态进行数值模拟,分析单排方柱的几何参数对前池流态改善的影响。结果表明:单排方柱具有分流效果,流经单排方柱的水流会向前池两侧分散,在单排方柱的后方形成漩涡。无整流措施时,泵站前池流态紊乱;通过在前池加设单排方柱可显著改善流态;单排方柱宜布置在前池前中部,不宜布置在两侧回流区内;方柱宽度越小,分流作用越小,行近流速分布越不均匀。     

沉螺池的拦螺墙布置试验研究

 沉螺池是水利血防的一项重要工程措施，它是沉集和拦截水流中钉螺的建筑物，沉螺池内设置拦螺墙是近几年才实施的措施，作用在于提高拦螺效果。该措施实践时间不长，同时拦螺墙占了部分过水面积，水流通过此断面后流速较大，流态较复杂。为观察沉螺池中设置拦螺墙的阻螺效果及其对水流结构的影响并对其设计提出优化，进行了大量水槽试验。每次试验在不同的条件下进行，研究拦螺墙相对开度和断面平均流速等因素对沉螺池拦螺效果的影响，并分别试验了设置1道拦螺墙和2道拦螺墙的效果。试验表明：拦螺墙可以有效拦阻水面漂浮物，但是水流通过拦螺墙后流态会发生显著变化，在拦螺墙下游形成一定长度的回流区，长度与拦螺墙相对开度、水流流速等因素有关。挟带钉螺的水流通过拦螺墙后进入回流区，流态紊乱，流速增大，对钉螺的沉落造成困难。建议仅设置一道拦螺墙，并且应该设置在沉螺池上游尽量靠近进水口的地方。     

大型泵站前池复杂流场的数值模拟及优化设计

杭州三堡排涝工程的泵站前池兼有正向和侧向的进水水流,在一定的运行条件下,侧向的折冲水流影响正向主流流态,造成进水池中出现主流偏移、脱壁和旋涡,对泵站的运行效率有较大的影响。通过对该工程不同工况下的泵站运行进行数值模拟获得前池的流场,据此评价折冲水流对泵站机组运行的影响,提出设计调整方案,增加整流措施,并根据调整后的流场计算结果,反馈调整方案的可行性。     

小浪底工程多条隧洞泄洪布置的特点与消能问题

结合黄河小浪底工程泄洪建筑物下游消能的试验研究，总结了多条隧洞泄洪布置的特点与消能问题．该工程泄洪消能布置的特点是：布局紧凑，多条隧洞集中布置，下游设一综合消力池，池内设二道纵向隔墙，分为三个小池，消力池下游接泄水渠，使水流平顺地导入主河道．为解决其消能问题，采用洞内多级孔板消能，优化出口体型，调整消力池尺寸等措施，充分利用了消力池的长度和宽度，取得了较为满意的效果．     

电厂排水口消力池优化试验研究

结合某电厂排水口工程进行了水力模型试验，主要研究了消力池的水力特性及其下游的防冲措施，旨在改进原设计方案，为优化设计提供依据，针对原设计的扩散式消力池中因扩散角过大造成的池内流态不佳、出流不均的问题，提出在池中前端设置适宜的消力槛，能明显地改善池内流态、均化出流；并通过试验对消力槛的设置参数及体型进行了优化，将消力池长度缩短后的池内设槛方案作为推荐方案，消力池下游防冲措施研究中，对设置斜坡式海漫或防冲槽的防护方案分别进行了泥沙冲刷试验，结果验证了消力池改进方案的有效性和斜坡式海漫防护措施的安全性，提供了防冲槽抛石防护措施中可采用的一些设计参数，本研究成果可供类似排水口工程设计时参考。     

引黄工程总干三级泵站侧向进水前池水工模型试验研究

本文介绍通过水工模型试验提出的引黄入晋工程总干三级泵站侧向进水前池的优化体型及为调整水流结构而采取的整流板等工程措施，这些措施使泵站进水前池中水流流态平稳，流速分布均匀，避免了在各种工况下前池中产生螺旋流及水面串通漏斗漩涡，能保证水泵安全、正常、高效运行。     

连续跌坎型底流消能工水力特性的影响因素研究

通过大量的试验,测量了消力池底板压强分布规律、池内流态和流速分布,着重分析了入池水流单位重量水体能量、入池角度和跌坎高度的变化对消力池底板冲击压力、临底流速、池内流态及消能率的影响。研究表明,连续跌坎型底流消能工的跌坎高度与入池角度之间存在一种最优组合,可既保证消力池中消能率高,又能满足临底流速和底板动水冲击压力小的要求。该研究成果可为工程设计提供一定的科学依据。     

“Y”形导流墩几何参数对侧向进水泵站前池流态影响

为改善侧向进水泵站前池流态,基于CFX软件,采用RNG k-ε紊流模型,对无整流措施和布置"Y"形导流墩情况下的侧向进水前池进行了数值模拟,分析"Y"形导流墩位置、高度、角度、长度等因素对侧向进水泵站前池流态的影响。数值结果表明:无整流措施时,泵站前池左侧区域存在大面积回流区,泵站右侧机组水流偏斜非常明显,对机组有不利影响;"Y"形导流墩具有分流作用,通过在进水池前布置"Y"形导流墩可显著均匀流速、消除回流区,水流能够更均匀地流入各台机组。研究发现,当"Y"形导流墩位于进水池前33.33 D0、高度为1.11 D0、角度为120°、长度为2.78 D0时,侧向进水泵站前池流态有明显改善,进水池前行近流速分布更加均匀。     

泵站侧向进水三维流动数值模拟

为研究闸站枢纽泵站进水流动特性,运用三维湍流数值模拟的方法,模拟了枢纽进水流动形态,对进水回流的形态及位置进行了计算分析。结果表明:枢纽泵站前池流态的主要影响因素为闸站结合部隔流墙及上游河宽与前池宽度的比值;在各种流态改善措施中,前池设置导流墙能取得较理想的整流效果;对于闸站合建枢纽此类侧向进水流动,底坎、底坡等措施整流效果不大。     

分流墩对排涝泵站进出水流态的影响研究

为改善水流流态，提高机组运行效率，本文以某排湖泵站为研究对象，搭建比尺为1∶30的水工整体正态模型，对该泵站进、出水流态进行模拟，并进行整流优化。研究发现：原设计方案下前池内流态较为紊乱，各流道流速均匀度偏低，在进水前池中隔墩处增设分流墩后，能够有效消除池内原有的水流回旋现象，提供较好的进水条件，各流道流速分布均匀度提高了5.88%～16.13%，改善效果显著。研究成果可为本工程及同类工程的设计、研究和运行管理提供参考。     

禹门口引黄抽水站引水渠与多箱式沉沙池连接型式的试验研究

本文对禹门口引黄抽水站引水渠与多箱式沉沙池连接型式进行了探讨。水流要从4m宽的引水渠进入60m宽的多箱式沉沙池,若处理连接不当,则必然会影响到入池流量的均匀分配,破坏沉沙池中水流的稳定条件和造成泥沙不均匀淤积,笔者在引水渠与沉沙池过渡扩散段内设置均流栅、导流墙,以及采取带整流板的整流池等方案进行了模型试验。试验表明,采用带整流板的整流池是连接引水渠与沉沙池的一种较好的过渡型式,它具有调整水流,又能预先沉沙的作用。文中还详细介绍了整流池的布置及其设计方法,提出设计整流池时,要保证整流池在具有一定体积的前题下,池底坡度大于淤积泥沙的休止角,并建议采用可控制的间歇轮换开启的集中排沙方式。     

竖缝位置对竖缝式鱼道水力特性的影响

为了分析竖缝位置对竖缝式鱼道池室内水力特性的影响,采用RNG k-ε湍流模型和速度-压力耦合SIMPLE算法对不同工况的鱼道进行了数值模拟。模拟结果表明:竖缝位置对主流的形态、主流流速的衰减及竖缝处流速分布影响不大;竖缝位置改变了主流区在池室内的位置,进而影响回流区的分布、大小和流场,竖缝位置距池室侧壁为池室宽度的25%~35%时,池室内水流流态较合理,能够显著提高过鱼效率。     

组合隔板式鱼道水力特性数值模拟研究

鱼道是为鱼类提供洄游通道的一种重要的工程措施。基于Flow-3D采用标准RNG k-ε紊流模型和Tru-VOF追踪自由液面方法,对鱼道池室内流场进行三维紊流数值模拟,研究池室内水流流速、流态空间分布,分析鱼道的水力特性对目标鱼类洄游上溯的影响。结果表明:溢流堰与竖缝组合隔板式鱼道在设计流速v=0.75 m/s条件下,竖缝处平均流速为0.83 m/s,竖缝处流速分布范围为0.76~0.89 m/s;堰上流速为0.90~1.12 m/s,回流区流速分布范围为0.09~0.25 m/s,流速大小在鱼类的克流能力范围之内,但靠竖缝隔板处存在明显的主流贴壁现象。为此开展了池室优化方案设计,使鱼道池室流态满足鱼类上溯要求。