泵闸工程闸下双底坎整流的水力特性

针对泵闸工程中出闸水流出现的不良流态,提出在其下游河道设置双底坎的整流措施,利用VOF法的RNG k-ε湍流模型,探索其整流效果和水力特性,并对计算结果进行了物理模型验证。结果表明:底坎通过迫使出闸水流沿坎横向运动和形成漩涡,对偏流、回流和斜向水跃具有显著改善作用;双底坎的设置能有效减小坎后水面波动,进一步降低回流区范围,提高流速均匀程度;流速不均匀系数随下游出口Fr增大而减小,随二坎的相对坎高h_2/b、相对间距d_2/b的增大先减小后增大;数学和物理模拟的水面线和流速分布吻合度较高,湍流模型计算结果可靠。     

闸站合建枢纽对河口通航影响的模型试验

为了改善河口平面闸站合建枢纽水闸出流时容易在闸下河道内出现主流集中、偏流、回流,外河航道内横向流速大等问题,提出了在消力池下游海漫段设置八字形低坎的整流措施。基于平面闸站合建枢纽水力学模型试验,对有、无整流措施两种条件下闸下河道的水流流态、流速分布、特征断面流速不均匀系数以及航道内的最大横向流速进行了测试分析与比较。试验结果表明:闸下海漫段设置八字形整流低坎可以使外河入口断面流速不均匀系数从无整流措施的4.5～4.9降低到0.3～1.4,且使外河航道内的横向流速大大降低,模型试验实测的最大横向流速范围在0.30～0.50 m/s之间。外河入口断面流速不均匀系数和外河航道内横向流速的显著降低有助于河口闸站合建枢纽的通航安全,是一种简单而有效的工程措施。     

泵站前池倒 T 形底坎整流措施数值模拟

为了改善泵站前池边侧大面积回漩不良流态,基于商用CFD软件Fluent,运用N-S方程和Reliable k-ε紊流模型对加倒T形底坎的前池进行数值模拟,分析倒T形底坎的几何参数对前池流态和边侧流速的影响。结果表明:无整流措施时,前池中流态紊乱,通过加设倒T形底坎可显著改善前池中的流态,提高边侧机组的流速,改善前池中流速分布均匀度;倒T形底坎设置在前池中的位置和其上部结构的尺寸对前池整流效果有明显的影响;倒T形底坎的位置距进水池入口7.5 D,上部结构高为0.4 H,宽为0.1B,前池中流态得到明显改善,边侧回漩范围减小。     

阿尔塔什水利枢纽工程底流消力池水力特性试验研究

为深入研究消力池内水力特性的分布规律,以新疆阿尔塔什水利枢纽1#深孔放空排沙洞为研究对象,通过1∶37.89水工模型对工程原设计方案以及体型优化方案中消力池内水流流态、临底流速以及脉动压强进行了试验对比分析。结果表明,随着入池水流流量的增大,临底流速及脉动压强均有增大的趋势;设置跌坎后临底流速减小,但是底板脉动压强有所增大;降低消力池底板高程可以改善水力特性。最后,试验对工程最终所选的消力池体型提出了建议。     

明渠大扩散角过渡段水流特性及偏流机理研究

明渠大扩散角过渡段水流偏流特性是影响输水工程设计的重要问题。在室内水槽试验中采用旋桨流速仪和PIV两种手段,在不同缓流条件下对明渠大扩散角过渡段开展了流速场测量,并对扩散段边界层分离、主流偏移和回流区水流运动特性等问题进行了分析研究。结果表明：水流经过扩散段后发生边界层分离、主流挤压在小范围弱回流区一侧,而另一侧则形成大范围强势回流区,随机形成偏流,流速横向分布不均匀,动量不能均衡扩散;水流特性沿垂向分布具有差异性,明渠扩散段水流的底层和中层受侧壁和底部边界影响较大,水流流向产生偏移,而上层水流边界层分离不明显,水流产生的偏流程度较小。     

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。     

侧向进水泵站前池流态试验研究

以Froude准则为基础,适当提高模型流速,在不同水位下进行了某侧向进水泵站的模型试验。结果表明:原方案前池内无论是面层还是底层,均出现大尺度回流区;水流斜向进入进水池,边侧水流偏斜尤为严重;翼墙回流区内流速较低,易造成泥沙淤积,对泵站的安全、经济运行不利。通过对底坎、导流墙、"Y"型导流墩等多种整流措施进行试验,发现采用由"Y"型导流墩演变而来的"丁"字型倒流措施能取得较好的整流效果。     

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°。     

大型城市水源泵站前池流态及改善措施试验

结合上海市长江引水三期工程水源泵站水力模型试验,研究和分析大型城市水源泵站前池流态以及产生不良流态的原因,提出了消涡板、非全段式底坎和八字形导流墩等改善不良进水流态的工程措施,并对底坎和八字形导流墩措施进行比较分析。试验结果表明,虽然底坎和导流墩整流措施布置形式不同,但两者改善流态的效果差异不大,均能有效改善泵站前池的进水流态,提高水泵运行工作效率。     

大扩散角进水流道水力诊断及优化

为解决大型火电站循环泵顽固性振动,采用雷诺时均N-S方程和Realizable k-ε湍流模型,对1 000 MW超超临界火电机组并联泵循环水流道与循环泵内水力状况进行FLUENT三维数值诊断性分析,模拟研究了进水流道内的流体流动形态、流速分布以及泵体周围和喇叭口周围流场的水力问题,并依此对循环水道进行了优化整流方案研究。研究结果表明,循环水流道前池过短且为不规范矩形,由引水段冲入的流体无法在前池内得到充分发展扩散,吸水室内水流流态严重偏流乃至贴壁流动,近壁流体流速差可达0.3 m/s;喇叭口处截面流速严重不对称,循环水泵周围流场紊乱,来流两侧水流流速差异过大,流速差最大可达0.5 m/s,进水条件恶劣。采取针对性优化整流方案后,进水流道内水流流态分布更加均匀,水泵进水条件得到显著改善。     

Air entrainment of hydraulic jump aeration basin

In order to avoid the cavitation damage and the decrease of the energy dissipation of the stepped spillways with a large unit discharge, the air entrainments of the hydraulic jump aeration basin(HJAB) are theoretically and experimentally investigated for the hydraulic-jump-stepped spillway developed by the authors. It is shown that the submerged degree of the hydraulic jump and the air concentration in the measuring section are all functions of the dimensionless discharge, the length and the end sill height of the HJAB. The submerged degree s decreases with the increase of the dimensionless discharge or the dimensionless length of the HJAB, but increases with the increase of the dimensionless height of the end sill of the HJAB. The flow regimes near the critical hydraulic jump, namely, at s = 1.0, have the best effect of the air entrainment for the flow at the measuring section and then that of the stepped spillway.     

跌坎对消力池水力特性影响的试验研究

为研究跌坎在底流消能中的作用,依托某工程水力学模型,研究了跌坎对消力池内水流流态、临底流速及脉动压强的影响。结果表明:在来流量一定的情况下,随着跌坎高度的增加,消力池内流态会由底流依次演变为淹没混合流及淹没面流流态。加设跌坎可显著降低消力池前半段的临底流速,且跌坎越高,最大临底流速降幅越大,跌坎对消力池后半段的临底流速基本无影响;跌坎对脉动压强影响较大,随跌坎高度的增加,最大脉动压强先增大后减小;加设跌坎后,脉动压强和临底流速沿程先增大后减小,且脉动压力和临底流速的最大值位置基本在同一区域。     

基于k-ε紊流模型的后台阶流流动特性研究

后台阶流是几何结构简单而流态复杂的流动现象.采用二维k-ε紊流模型对后台阶水流流动进行数值模拟,并结合PIV系统测得的雷诺数,对Re=500~50 000范围的台阶后定常流动流场数据进行对比分析研究.结果表明流场结构存在稳定的回流区,回流区长度随着Re的增大先急速上升,然后又急速下降,最后缓慢回升直至稳定.断面速度受回流区影响较大,峰值随断面的往下游推移逐渐减小,随Re的增加,断面速度也缓慢减小.压力、紊动能的分布也受到回流区的影响,其中紊动能在低雷诺数情况下受回流区的影响较小.     

进口流速对丁坝回流长度影响的数值模拟研究

运用计算流体力学（CFD）方法,对宽浅河道中非淹没丁坝的流场进行二维数值模拟研究。模拟结果显示RNGk-s模型能够较好地描述出丁坝下游实际回流特征的产生,扩散及消失过程,能够较好地模拟丁坝下游的回流尺度。最后采用此模型模拟不同进口流速在相同条件下的流场结构,通过量纲分析与数值模拟结果的比较分析得到进口流速对回流尺度影响的关系式。进口流速越大,回流边线越长越宽。研究结果对丁坝的设计与施工,具有一定的参考意义。     

水跃掺气池的掺气特性

针对大单宽流量下传统阶梯溢洪道因流动水深增加,掺气不足,导致极易发生空蚀破坏和消能率降低的问题,提出了一种通过水跃掺气池对阶梯溢洪道流动提供掺气的水跃掺气阶梯溢洪道,采用物理模型试验方法,详细研究了水跃掺气池的掺气特性,包括来流条件、掺气池长度、掺气池尾坎高度、水跃流态对掺气特性的影响。结果表明:在现在的研究范围内,在掺气池内和掺气池尾坎后的区域,无论是底板还是边墙淹没水跃流态都有较好的掺气效果;前述流动参数和结构参数通过影响水跃流态影响掺气效果,在利用水跃掺气池对阶梯溢洪道水流掺气时,流态的控制是重要的。     

输水隧洞坡角对侧式进/出水口水力特性影响研究

抽水蓄能电站侧式进/出水口具有双向过流的特点,进/出水口自身体型参数对其水力特性具有很大的影响,但连接的输水隧洞布置型式也同样会影响进/出水口水力特性,若输水隧洞布置不恰当,将可能导致进/出水口出现不利的水力特性。利用RSM紊流模型,以某侧式进/出水口为研究对象,在进/出水口体型不变的前提下,研究出流工况不同隧洞坡角对进/出水口内部流态、拦污栅断面流速不均匀系数、水头损失系数及流量分配等水力特性的影响。结果表明,当隧洞坡角等于扩散段垂向扩散角时,进/出水口内部流态较好,反向流速区的沿程范围、拦污栅断面流速不均匀系数及水头损失系数均最小。因此,当进/出水口扩散段垂向扩散角不大且各隧洞坡角均满足地形、地质条件的情况下,隧洞坡角等于扩散段垂向扩散角时,可获得较优的水力特性。     

水环境影响预测中计算参数的确定及敏感性分析

无论采用解析计算还是数学模拟对河流污染混合区开展分析,其计算参数的准确性比选择不同数学模型对预测结果的影响更大,应予以重视。基于宽阔河流污染混合区几何特征尺度的理论公式,分析并提出了采用多年平均枯水期流量确定环境设计流量的方法和考虑排污风险修正系数的排污强度确定方法,给出了河流污染混合区各计算参数正、负误差分别引起的最大长度、最大宽度和面积误差的敏感性排序。结果表明,水深、流速和横向扩散系数的正误差会减小污染混合区范围,而排污强度的正误差则会增大污染范围,而且,污染混合区几何特征尺度的误差变化幅度远超过其计算参数的误差变化幅度,揭示了计算误差的放大效应。     

西淝河闸站工程开孔导流墩整流试验研究

针对西淝河闸站工程在闸、站单独运行时存在的回旋和斜流问题,采用整体正态模型对闸站工程进行水工模型试验研究。在抽排水工况下,设计了不同导流墩长度,不同导流墩开孔尺寸包括开孔宽度、开孔间距、开孔高度等7种导流墩整流方案;其中对仅25 m长导流墩方案和导流墩最优开孔尺寸方案进行了自排工况下自排闸的过流流态及流速分布研究。通过对比各方案下导流墩侧回旋区面积大小及各孔流速均匀度,建议导流墩长25 m,开孔宽4.5 m,相邻的孔口间距6.25 m,开孔高度5 m。5#和6#流道中间加设1 m短隔墩的方案可减小泵站前池及闸前水流回旋区域,改善水流流态,提高各孔流速均匀度,为泵站机组及水闸运行提供良好的水力条件。试验研究结果可为闸站结合工程选择导流墩整流方案提供技术参考。     

渐缩（扩）直圆管中的发展流动

本文采用摄动方法推导了渐缩和渐扩直圆管中定常发展流动的速度，壁面剪应力和阻力系数的分布公式，讨论了这两种管道入口长度。结果表明，渐变管中发展流动较安全发展流动有很大的不同，对均匀来流的情形，在发展流动区域同，速度分布较均匀，轴心速度降低，壁面剪应力和阻力系数增大。和直圆管相比，入口长度亦有所不同。