超临界流旋涡竖井式溢洪道设计研究

结合沙牌等工程对旋涡式竖井溢洪道的水力学特性进行了试验研究。提出超临界流的涡室优化体型，给确定涡室和竖井等尺寸的经验公式，并通过注力学理论方法加以论证。     

泄流数对旋流式竖井涡室体形选择的作用

涡室是旋流式竖井水流起旋的关键,但涡室的体形选择没有明确的标准,故有必要寻找涡室体形选择的方法。通过引入无因次数即泄流数,分析一系列旋流式竖井工程实例和模型试验中的泄流数,并应用栗西沟水工模型试验进行验证,得到泄流数在旋流式竖井涡室选择方面的规律。泄流数能够非常清晰地描述旋流式竖井的泄流能力,椭圆曲线涡室为大泄流数旋流式竖井的合适体形,并且也满足小泄流数旋流式竖井的要求。     

旋流式竖井涡室水边线的计算方法

旋流式竖井,涡室水边线问题一直是研究的重点问题。目前,旋流式竖井涡室水边线的计算并没有明确的理论计算方法,主要依赖水工模型试验测量得到的试验数据。通过Ippen冲击波理论和刘韩生缓冲击波简化式分别计算了涡室水边线,对比栗西沟旋流式竖井试验数据,得知后者计算精度更高,计算过程更加简单,可满足工程的需要。     

东牙溪水库工程设计及施工技术

介绍福建省东牙溪水库设计和施工的一些技术，包括：大坝基础开挖、粗粒粉煤灰的使用、溢洪道挑梁的设计与施工、输水隧洞与坝端接头的处理、放水室的设计以及竖井开挖采用的新技术。其中，大坝基础基槽开挖较设计高程提高2m，节约投资50万元，并缩短工期2个月；粗粒粉煤灰使用改善了混凝土的性能，节省投资40万元；溢洪道挑梁由原设计的牛腿挑梁改为钢筋混凝土悬挑梁，节省投资60万元；输水隧洞改变原设计，重新开挖一条隧洞，为水库的运行管理消除了隐患；放水室更改原设计的塔式框架结构为竖井式放水室，节省投资50万元；竖井开挖采用自下而上开挖导井的新技术，也节省了大量资金。     

旋流式竖井涡室结构优化试验研究

前人研究结果和具体工程的试验表明,旋流式竖井的涡室结构可能存在过流时涡室空腔较小、偏心严重,且流态较差等问题.为解决这些问题,结合具体工程,通过理论分析和试验研究,给出涡室半径r1与竖井半径R、涡室半径r2与r1的定量关系,涡室圆弧半径宜为竖井半径的1.5～1.6倍,r2宜为r1的0.58～0.625倍;重新定义跌坎为导流坎,其与引水道边墙的夹角以0°～10°为宜.通过水工模型试验验证,本简化方案结构简单,能有效改善涡室内流态,减小工程量,对类似工程设计有重要的参考价值.     

高坝施工导流洞改为永久竖井泄洪洞水力学研究

本文通过模型试验研究涡室－竖井内消能系统，用内设阻涡坎的涡室连接泄洪洞和竖井，带盲洞的消力并连接竖井和导流洞。探讨了涡室－竖井内消能系统中的流态、边壁时均压力、脉动压力、消能率、消力井尺寸与消能率之间的关系和消能机制等水力学问题。     

高水头大泄量旋涡竖井式泄洪洞的设计研究

通过几座水电站的导流洞改建旋涡竖井式泄洪洞的试验研究，优化结构体型，改善流态，降低流速防止结空蚀，避免出口冲刷和雾化现象。使研究成果能满足高水头、大泄量泄洪洞的设计要求。文中主要对此型式泄洪洞提出设计原理和系统的设计方法，并根据自由旋涡理论和能量方程导出旋涡竖井泄流能力、合成速度以及壁面压力等水力学计算公式。     

大石门水电站消力井井深的优化试验研究

大石门水电站左岸竖井式溢洪道是枢纽唯一的泄水建筑物,最大下泄流量148 m^3/s。文中通过1：20.83的整体水工模型试验,对大石门水电站竖井溢洪道的水力特性以及下游消能防冲等进行了全面的试验研究,重点研究了竖井式溢洪道消力井体型的优化布置。     

急流小流量旋流式竖井涡室流态试验研究

旋流式竖井是一种比较良好的泄水道,目前研究工作集中于急流大流量或来流为缓流小流量情况。某尾矿库排洪管为急流小流量,通过水工模型试验研究这种水流的涡室体型流态。针对急流小流量旋流,对圆弧、椭圆曲线涡室体型进行比较择优,选取了比较合适的体型;并对试验中出现的问题进行了分析研究,主要解决了涡室流态问题,经优化,所推荐椭圆体型涡室流态理想,满足工程设计要求。     

竖井旋流泄洪洞涡室整流挑坎试验与数值模拟

已有竖井旋流的研究成果表明,涡室进口处水流的起旋对整个涡室流态的影响很大,如何使水流在进入涡室段时能稳定起旋,并贴壁形成稳定空腔,是决定整个竖井旋流消能效果的一个关键性因素。通过试验与数值模拟相结合的方法,研究了涡室进口处整流挑坎的体型对涡室流态的影响,提出了一种新的整流挑坎——楔形挑坎。试验表明,这种挑坎形式与传统圆弧挑坎相比能更好地引导涡室进口处水流的起旋,改善涡室内水流流态。对类似工程设计具有重要的参考价值。     

新型旋流环形堰竖井泄洪洞数值模拟和特性分析

生态环境友好型的洞内旋流消能工是当前泄洪消能领域一个重要的研究热点和方向。为克服以螺旋型经典涡室或传统喇叭形堰构成的旋流竖井泄洪洞易出现的漩涡、气爆、振动、防空蚀设施复杂等难题,改变一般的防漩、消涡观念,提出一种新的由自调流潜水起旋墩为核心构成的旋流环形堰竖井泄洪洞,虽脱胎于常规喇叭形竖井泄洪洞,但在泄洪流态和消能防蚀方面又另辟蹊径。作为一种新型的旋流布置体型,已有研究缺乏系统性,其复杂的水流特性并不是十分明了。依托广东清远抽水蓄能电站泄洪洞工程,对新型环形堰竖井泄洪洞进水口、旋流泄洪洞、出口的复杂水流运动进行了三维数值模拟,并对部分水力参数的特性进行了解析计算,获得了该新体型旋流空腔流态、自由水面、合成流速、压力等水力要素的分布规律。结果显示:计算得到的上述水力学要素分布规律与模型测量值吻合较好,模拟值与初步建立的新体型水力特性理论解析值较为接近,表明解析计算方法具有一定的实用价值。模拟计算结果为进一步明晰新型环形堰竖井泄洪洞各部分水流特性和揭示自调节潜水起旋墩的旋流运动机理提供依据。     

新型竖井泄洪洞自调流机理和特性研究

该文提出一种新的由自调流潜水起旋墩为核心构成的旋流环形堰竖井泄洪洞,在泄洪流态和消能防蚀方面与常规喇叭形竖井泄洪洞有较大不同。为明晰该新体型的调流机理和系统水力特性,对新型环形堰竖井泄洪洞进水口、旋流泄洪洞、出口的复杂水流运动进行了数值模拟研究,获得了该新体型进水口流态、旋流空腔发展过程、竖井内部流态、平洞自由水面、压力等主要水力要素的分布规律。结果表明:计算得到的上述水力学要素分布规律与模型测量趋势上一致,量值上吻合较好。模拟结果也较好揭示了自调节潜水起旋墩的旋流、自调流机理以及泄洪洞的消能原理。     

组合式差动调压室差动孔敏感性分析

针对带有连接管、竖井和差动上室的组合式差动调压室,结合某长引水式电站工程实例进行仿真计算,研究差动孔流量系数组合对调压室工作性能及有压引水系统的影响。通过对调压室涌浪变化过程、机组转速升高率及蜗壳末端压力计算成果的分析,得出只有在合适的差动孔流量系数组合下,才能充分发挥上室和升管的作用,进而提高调压室的工作性能。其结论对进一步研究该组合式差动调压室水力过渡过程具有一定实际意义,对推进该型式调压室在实际工程中的应用具有积极作用。     

Effect of the design of a tangential vortex generator on the characteristics of the involuted flow and carrying capacity of a spillway

Conclusions An involuting device in the form of a tangential vortex flow generator is the basic element of a vortex spillway, which defines the carrying capacity, the degree of flooding of the shaft, and the current regime of the involuted flow in the diversion tunnel of the spillway. The procedure employed for hydraulic calculation of vortex spillways with the vortex flow generators under consideration makes it possible to determine rather completely all basic characteristics of the involuted flow and on this basis, assume a serviceable design for the spillway on the whole. It is obvious that the problem concerning the influence exerted by aeration in shaft spillways on the characteristics of the involuted flow (kinematic, hydrodynamic) and the hydraulic losses of the elements of the spillway will be the subject of future research. Moreover, there are no data sufficient for predicting the development of cavitation in vortex generators with different geometric parameters. At the same time, experimental cavitation-erosion investigations for conditions encountered at the Rogun vortex spillway, which were performed at the MGUP, indicated that the cavitation flare, which is disturbed from the edge of the vortex generator, is steadily closed within the flow and does not present a risk from the standpoint of cavitation erosion. Translated from Gidrotekhnicheskoe Stroitel'stvo, No. 2, pp. 24–27, February, 1999.     

自吸泵内能量损失及非定常流动特性研究

自吸泵由于其特有的气液分离腔和回流孔结构使得其内部流动更为复杂,本文针对自吸泵内能量损失及非定常流动特性开展实验和数值研究。通过开展模型泵水力性能实验,发现数值计算结果与实验结果具有较好一致性。利用熵产理论和Q准则定量分析了不同工况下自吸泵内不同区域的能量损失特性及涡核分布特征,结果表明:泵内熵产分布特征与水力损失分布特征基本一致,叶轮、蜗壳和气液分离腔是自吸泵内能量损失的主要区域。蜗壳内部的压力脉动强度在靠近隔舌区域较大,蜗壳中段处变弱,蜗壳出口扩散段处又进一步增强。在小流量工况下,叶轮和蜗壳内部涡核分布面积较大,涡核主要分布在叶轮的进口处和出口处。     

核主泵关键过流部件非定常流动特性分析

为改善核主泵的水力性能,减少核电事故,促进核主泵的国产化,对混流式核主泵的水力单元进行了定常与非定常数值计算,以探究其关键过流部件的流动特性。对流量在0.2~1.0 Q0工况条件下核主泵的外特性进行了分析,重点对其极小流量工况、最优工况以及设计工况下叶轮与压水室的内流特性进行了分析研究。结果表明,叶轮叶片的进口靠近后盖板的位置容易出现涡流,在叶轮的出口部位,压力脉动最为剧烈,而且叶轮的压力波动幅度明显要高于压水室的;压水室类球形蜗壳内的流体流动呈螺旋状,在其近壁面,特别是类隔舌的位置,较易形成不稳定的流动;叶轮与压水室压力脉动的主频与叶频相近,核主泵水力单元的最优工况出现在0.8 Q0,其效率为82.22%;同时研究结果还表明,如果流量过小,则易造成大量的绕流漩涡,而且压力脉动的程度也将随之显著增加。     

隔舌安放角对离心泵的水动力特性影响研究

为了研究螺旋形蜗壳内部流动规律以及不同隔舌安放角对离心泵内部流动特性的影响,基于ANSYSCFX14.5对5种不同隔舌安放角的离心泵模型进行了定常与非定常计算和数据分析,并对离心泵的水力特性进行了实验验证。分析结果表明,随着隔舌安放角的增大,离心泵的高效区明显加宽,但是设计工况附近的水力性能稍有下降,其中在大流量区域,隔舌安放角的作用比较明显;隔舌安放角的不同主要对非设计工况下离心泵内部流体流态影响较大,其中在小流量工况时,随着隔舌安放角的变小,叶轮各流道内的流体流态分布的对称性明显改善,在大流量工况下,随着蜗壳隔舌安放角的减小,蜗壳出口段垂直截面方向的速度梯度变大;隔舌安放角的不同对叶轮所受径向力的影响很小,不同隔舌安放角的离心泵所对应的径向力分布规律几乎一致。     

漩流式竖井泄洪洞在沙牌工程中的应用

结合模型试验、工程地质、地貌、枢纽布置条件，在沙牌水电站设计和布置了漩流竖井泄洪洞，并以其陡坡急流式短压力进水口区别于世界其它缓流进水的竖井泄洪洞，同时进行了完整的原型观测设计，以获取新型竖井泄洪设施的动水压力、水流空化、流速和通气量的资料。