中型拱坝表孔大单宽流量泄洪消能形式的研究

以龙潭嘴水电站工程整体水工模型试验资料为依据,采用表孔高低坎+二道坝研究了中型拱坝表孔大单宽流量泄洪消能形式。通过调整边、中表孔挑坎的位置高程及挑角来实现三孔水舌上下对撞和横向扩散碰撞消能。为达到水舌落点纵向拉开的目的,增大中表孔溢流曲线的长度,使中边表孔挑坎在纵向上形成差动。试验结果表明,在该消能形式布置下,水舌纵向拉开、横向扩散充分、对冲明显,同时在水垫塘内充分翻滚消能,对下游河道减轻了冲刷,消能效果较好。     

高差动坎在拱坝泄洪表孔中的应用研究

针对中小型拱坝表孔大流量泄洪时存在的向心集中问题,结合某工程泄洪表孔消能工,采用数值模拟与模型试验相结合的方法对其不同体型的方案进行了对比分析。结果表明,表孔大流量泄洪时,设置高差动坎体型与窄缝式及低差动式挑坎相比,水舌纵向拉开更加明显,并伴有一定的横向扩散,水舌落点分布均匀,对河床形成的冲击压力较小且分散,消能效果较为显著。此外,其空蚀破坏可能性也不大,可见高差动坎体型总体安全、合理。     

一种新型燕尾坎消能工的流态和消能分析

为了提高孔洞类泄水建筑物的出口消能率,同时避免出口水流堵塞和空蚀破坏,提出了一种带跌坎和反坡的燕尾坎消能工。物理模型试验表明,燕尾坎中间槽的作用使出流分成两股,水流纵向拉伸,减小了落点水舌的平均流速,并使水舌掺气增加,消能率提高;设置跌坎和反坡,通过跌坎掺气和反坡对中间股水流的引导作用,避免消能工的空化和出口流动的水流阻塞,并在中间反坡的引导下,中间水舌按预设方向入水。与传统连续坎消能工相比,该消能工消能率提高15%左右。在分析消能率影响因素的基础上,给出了所提消能工消能率的经验表达式,为孔洞类泄水建筑物的出口消能设计及施工提供了参考依据。     

某水电站泄洪消能试验研究

针对某水电站大坝坝址河谷狭窄、水头高、洪水峰高量大,致其泄洪消能措施复杂的问题,通过1∶100水工整体模型优化坝身泄流建筑物体型,表孔采用单边扩散加齿坎,中孔采用平底型及上翘型。模拟结果表明,优化方案实现了各孔水流在跌落下降过程中的碰撞扩散消能,有效减小了下泄水流射入水垫塘的动水压力,底板冲击压力由284.5kPa下降到137.3kPa以下,较好地解决了泄洪消能问题,保证了大坝和消能建筑物的安全。     

窄河谷大夹角挑流消能工体型优化研究

针对窄河谷大夹角条件下挑流消能易出现冲击两岸、冲坑过深的问题,采用水工整体模型试验方法对具有代表性的某水利枢纽深孔放水冲沙洞挑流鼻坎体型开展优化研究,并对比分析了水舌形态和下游河道冲刷特性。结果表明,不对称收缩的异型窄缝式消能工可使水流在狭窄河道归槽,水舌纵向拉伸效果较好,大幅减轻了河床冲刷;提出了收缩比、收缩角差、斜切面积比等特征参数适宜的挑流消能工体型,可供窄河谷大夹角条件下挑流消能设计参考。     

三河口水利枢纽表孔泄洪消能方式研究

三河口水利枢纽为碾压混凝土拱坝设计,主要泄水建筑物是三孔泄洪表孔和二孔泄洪底孔,均采用挑流方式消能。为减轻对坝脚及下游河床的冲刷,在坝下游设置水垫塘。原方案时,表孔的泄流集中,导致水垫塘内的冲击压力较大,对水垫塘的安全运行不利。经过试验研究,最后选定的方案能最大限度的使水流分散,水垫塘内的流态及压力分布明显改善。     

淋溪河水电站溢洪道泄洪消能形式研究

鉴于淋溪河水电站溢洪道原设计方案的种种缺陷,基于弗劳德准则,采用1∶60的模型比尺,通过设置表孔和深孔出口体型,研究了不同体型参数下泄流能力和水流对水垫塘底板的冲击压力。试验结果表明,优化后的底板冲击压力由14.50kPa降至11.44kPa,脉压均方根由95.67kPa降至45.55kPa,同时水垫塘长度由269.5m减小至169.5m,仍满足泄洪消能要求。研究成果可为同类工程提供参考。     

竖井旋流泄洪洞出口体型优化研究

为对某竖井旋流泄洪洞出口体型进行优化,提出了一种新型出口形式,通过多组物理模型试验获得了初步的优化设计原则,并结合数值模拟综合验证分析。结果表明,出口结构前端为竖向环状水跃与横向淹没水跃相连的二级掺混消能区域,湍动能大,消能效果显著,大泄量下总体消能率相对提高10%;后部水流流态转化平顺,低速平稳流出;底板压强分布合理,时均值前大后小,均方根值较小且相对减小25.26%,底板安全稳定有保障。     

高拱坝大泄量碰撞消能水垫塘底板冲击压强试验研究

鉴于目前水垫塘冲击压强的研究多为定性分析,考虑多因素影响的定量研究尚不多见,基于某在建大泄量高拱坝碰撞消能工况开展了水工物理模型试验,在碰撞流态的基础上研究多因素影响下冲击压强演变规律。结果表明,当前研究范围内,水垫塘最大冲击压强与泄量水深比、表深孔流量比显著相关,建立了基于各参数的最大冲击压强经验表达式,研究结果可供实际工程参考应用。     

高拱坝水垫塘体型设计优化方案试验

通过整体水工模型试验,以流态和动水压力为指标,对某高拱坝水垫塘体型的合理性进行了论证。结果表明,射流水舌在水垫塘内落点集中,加之水垫厚度不足,底板局部冲击压力和脉动压力过大;水垫塘长度不足,水流在塘内无法形成完整水跃,直接冲击翻越二道坝。为此,提出水垫塘体型优化方案,优化后水垫塘内流态明显改善,底板动水压力显著降低且分布均匀,可见优化后的水垫塘体型趋于合理,可直接指导工程设计。     

自由湍流射流理论研究方法

气固两相双平行矩形自由射流混合特性的调查是水平浓淡煤粉燃烧技术研发过程中一项基础性工作,考察自由湍流射流的实验和理论研究进展有助于确定射流混合特性研究方法。自由湍流射流理论研究综述表明：单相自由湍流射流的理论研究可采用时间平均法和直接法。时间平均法能不同程度地满足工程需要;直接法中的有限差分法和离散涡方法可以预测大尺度涡的控制作用,包括谱方法的直接法尚难以模拟耗能涡影响。气固两相湍流射流的理论研究可采用Euler方法和Lagrangian方法。关于Euler方法中双流体模型的数学描述方法,尚存在分歧;在数值模拟伪扩散、考察颗粒变化历程等方面,Euler方法和Lagrangia方法互为优缺点;方法更适于预测拟序结构对大颗粒的快速弥散机制,发展于中国的Euler—Lagrangian方法值得关注。     

窄缝挑流的冲刷特性

本文根据窄缝挑流水舌的横向收缩及纵向扩散特征，从能量观点出发，得到了窄缝挑流水舌冲坑平衡水深的估算公式，对于认识窄缝挑流消能减冲机理及工程实践具有重要意义。     

平面自由射流中燃料扩散的大涡模拟

对甲烷－空气预混气体的平面自由射流进行了大涡模拟,采用分步投影法求解动量方程,亚格子项采用标准Smagorinsky亚格子模式模拟,压力泊松方程采用修正的循环消去法快速求解,空间方向采用二阶精度的差分格式,在时间方向上采用二阶精度的显式差分格式。模拟结果给出了预混气体射流中拟序结构对燃料扩散的影响,表明促使燃料扩散的主要因素是射流中的拟序结构,由浓度梯度导致的组分扩散较弱。     

双平行平面射流输运特性研究

平行射流输运特性研究具有较重要的理论意义和工程价值,对水平浓淡煤粉燃烧也有较重要的意义。本文实验研究了双平行平面射流动量、能量和质量输运,结果表明：速度分布表现为双射流相互吸引并最终汇合成单一射流;温度分布反映了冷射流为加热射流所卷吸;浓度分布反映了惯性力的占优作用。三种变量分布反映了动量、能量和质量输运性质的根本性区别。     

The Numerical Analysis of Oscillating Rectangular Impinging Jets

In this study, the flow and heat transfer characteristics of oscillating air jets impinging on a flat surface were numerically analyzed. The jet velocity oscillated sinusoidally in time. A computer program, based on the control volume method and SIMPLE algorithm, was developed to numerically analyze the problem. Numerical simulations were performed to investigate the effects of the Reynolds number, amplitude, and frequency of the jet oscillation on the flow and heat transfer. It was observed that when the jet is oscillated, the Nusselt number moderately increases compared to the Nusselt number of steady jets.     

有限空间内平面相交射流的数值模拟

本文利用ＳＩＭＰＬＥ算法对有限空间内平面相交射流的等温流场进行了数值模拟。差分格式为乘方格式,文中计算和分析了相交射流的夹角、间距和截面突扩比对流场和射流汇合的影响。计算结果在定性上是合理的。     

A Computational Investigation of the Interaction of Pulses in Two-Pulse Jets

Large-eddy simulations (LES) and Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) simulations of the interaction of the second pulse with the first pulse in a double-injection event are presented in this study. The opposing effects of the turbulence generated by the first pulse to accelerate mixing of the second pulse, and the residual bulk velocity from the first pulse to accelerate penetration of the second pulse are analyzed. The LES results show greater influence of the turbulence whereas the RANS results show greater influence of the bulk velocity.     

小喷嘴间距撞击流的径向射流速度分布

采用热线风速仪对小喷嘴间距撞击流产生的径向射流的速度分布进行了实验研究.研究结果表明,径向射流在各个r.2D的径向断面上的速度分布具有相似性,呈高斯分布.在撞击面上无因次径向射流速度随着无因次径向距离的增大先增大后减小,而与喷嘴直径(D)、喷嘴间距(L)和出口气速无关.无因次径向速度在达到最大值前,与无因次径向距离成正比,在达到最大值后,无因次径向速度与无因次径向距离的1.33次方成反比.在撞击面上径向射流速度的最大值与出口气速成正比,与无因次喷嘴间距的0.551次方成反比.当L/D1时,无因次最大径向速度的位置随无因次喷嘴间距的增加而增加,当L/D1时,无因次最大径向速度的位置保持不变.     

多股多层水平淹没射流新型消能工理论探析

针对高水头、大单宽流量水利水电工程泄洪消能问题,介绍了一种多股多层水平淹没射流新型的泄洪消能型式,基于国内外研究基础,探讨了基本理论并进行了对比分析,结果表明,该消能方式流态稳定性好、临底流速低、消能率高,值得推广应用.     

单相平面射流实验研究进展

本文为水平浓淡煤粉燃烧技术研发基础工作之一。以双矩形气固两相平行射流为研究背景,作者首先考察了主要应用于航空航天的单相平面射流的实验研究。综述表明,描述平面（单一或多平行）射流的主要概念包括：势流核长度、速度半宽、最大速度衰减、湍流场的相似性、湍流特性;影响因素包括：喷口宽度、喷口结构特性,初始条件;测量方法包括：皮托管、热线风速仪、LDV等。调查发现,近场和远场的射流混合特性有本质区别,喷口宽度、喷口间距、动量比对混合影响显著。对于双平行射流,三区结构和湍流特性受初始条件和喷口结构影响明显,主要测试方法的可靠性较高,均能满足工程要求。重要的是,尚没有关于喷口间距较小时双平行射流的研究。