基于SPH方法挑流水舌的数值模拟研究

以数值模拟挑流水舌的运动特性为目标,采用光滑粒子动力学方法,根据水气两相流的运动规律,建立掺气水舌的SPH数学模型,根据空气阻力的作用特性和自由表面判据,得到了空气阻力的计算关系式,提出了掺气水舌的SPH数值解法。针对桓仁水电站泄洪雾化,进行了掺气水舌的SPH数学模型实例研究,所得到的光滑粒子运动图像刻画了挑流水舌与空气的相互作用,模拟了挑流水舌的掺气过程,并得到了掺气水舌的厚度和速度随其曲线长度的变化关系。结果表明,桓仁水电站挑流水舌的外缘挑距模拟值为82.2 m,原型观测数据为80.2 m,计算误差为2.49%。掺气水舌的挑距模拟值与其原观值基本一致,证明了掺气水舌SPH数学模型模拟挑流水舌运动的有效性和可靠性。     

窄缝式消能工的水力特性及其体型研究

叙述了窄缝坎挑流的水流特性，消能标准及其体型Lα，β,b,B的选择，窄缝使水舌出流挑角θ2增大，水舌纵向拉开。试验提供了不同β与θ2变化关系的试验成果及水舌纵向拉开值的估数式，解决了水力计算中的这一问题，可供工程设计人员参考。     

翻卷水舌鼻坎挑流的紊流数值模拟

将斜鼻坎与外边墙平面转弯相结合可使挑射水舌在空中横向翻卷，扩散更为显，同时，水舌中心线与溢洪道中心线形成较大的偏角，中将此种鼻坎称为翻卷水舌挑流鼻坎．通过翻卷水舌挑流鼻坎的水流属于带有复杂自由表面的紊流流动，本采用VOF法和k-ε紊流模型进行模拟，获得了详细的三维水流结构，计算与实测的水面线吻合良好，表明将紊流数学模型用于溢洪道翻卷水舌的数值模拟是合理可行的．     

窄缝式消能工的水力特性及其体型研究

研究窄缝坎挑流的水流特性、消能要求及其体型参数的选择 .窄缝使水舌出流挑角增大 ,水舌纵向拉开 ,形成水流变形耗能 ,且加剧了水流紊动、水舌破碎而掺气的耗能 ,使消能效果增加 ,冲刷减少 .提供了不同收缩比与水舌出流挑角变化关系的试验成果及水舌纵向拉开值的估算公式 .     

重力拱坝坝面溢流消能防冲的试验研究

后河水库重力拱坝坝面溢流挑流消能经过水工模型试验确定的方案，其特点为：（１）改善坝面及挑流流态、减小水流向心集中，分散挑射水舌，减轻对河床、岸坡冲刷的方案体型。（２）利用在挑流坎段加直壁导水墙和曲面贴角的措施，提高了消能防冲效果，即分散了挑流水舌，增大了入水面积，调整了冲坑位置，减小了冲坑深度。（３）在贴角及导水墙转折处测定了时均压力、脉动压力，这些部位的时均压力均比较高，而脉动压力占时均压力的８％～１０％，只占流速水头的３％左右，主频区一般为０．２Ｈｚ～１２．６Ｈｚ，属于低频区。     

挑流水舌挑距及其影响因素概述

在讨论水舌挑距计算式的基础上，全面分析了影响挑距计算的各种因素包括反弧鼻坎挑角、水舌出射角、流速系数、反弧水流坦化，反弧半径及空气阻力等，并给出了各种参数的选择方法。     

挑流鼻坎坎顶至下游河床高程差的选取和挑距计算的方法

通过一个下游河床坡度较陡情况的算例,在其它值为已知的情况下,应用图解法和试算法两种计算方法,详细地分析了挑流水舌射程公式中鼻坎坎顶至下游河床高程差h2的选取和挑距L的计算。总结了在下游坡度较陡的情况下,如何应用挑流水舌射程的计算公式。     

挑流水舌雾化的研究

通过对已建大型水电站挑流水舌雾化的原型观察，本文论述了高水头的挑流水舌的形态仍基本遵循重力相似规律。本文提出的原型观察结合图象处理研究雾化强度分布的方法方便可靠，用以预报在建水电站的挑流雾化时有利于工程建设。本文最后从水舌雾化角度，对新型消能工进行了初步评价。     

非对称窄缝挑坎水力特性研究

非对称窄缝挑坎是针对山区弯曲河道泄洪消能的一种新型消能工。基于水力学模型试验研究了偏转角为0°~10°非对称窄缝的水力学特性,重点分析了挑流段水面线特性、边墙压力分布、挑距及入水范围。模型试验上游来流采用有压装置生成,参照规范建议值选定了窄缝消能工模型的收缩比、挑角等参数。试验结果表明:弗劳德数Fr与非对称偏转角对挑流水面线、边墙荷载、挑距有较大影响。非对称窄缝挑坎可以有效地使挑流发生转向,相比对称窄缝挑坎,在相近的流量下非对称窄缝水舌扩散更为均匀,从而有效减弱了水舌对两岸的冲刷,减小了水舌对河床的冲击力度。     

燕尾坎在忠玉水电站高拱坝表孔上应用研究

为了探究燕尾坎是否可应用于高拱坝表孔,采用1∶80整体水工模型和三维湍流数值计算方法对燕尾坎在忠玉水电站高拱坝表孔上的适用性问题开展了研究,获得了典型工况下燕尾坎挑流水舌形态,并对比了常规连续挑坎与燕尾坎挑坎内的水流形态和流速分布。来流条件相同时,下泄水流经过燕尾坎镂空开口时,在重力作用下铅直方向流速变大。燕尾坎挑坎出口断面水平方向流速值略小于常规挑坎,但铅直向下流速值是常规挑坎的3—5倍。水舌的最近挑距大幅减小,最远挑距略有减小,纵向长度变大,从而形成纵向拉伸水舌。忠玉水电站拱坝表孔采用燕尾坎挑流,可在纵向拉长水舌,避免集中入水;通过调整开口范围和宽度做到下泄流量沿入水范围均匀分布,从而大幅降低水垫塘冲击压强。     

Laboratory model study of the effect of aeration on axial velocity attenuation of turbulent jet flows in plunge pool

In the laboratory model experiment, the velocities of the jet flow along the axis are measured, using the CQY-Z8a velocity-meter. The velocity attenuations of the jet flow along the axis under different conditions are studied. The effects of the aeration concentration, the initial jet velocity at the entry and the thickness of the jet flow on the velocity attenuation of the jet flow are analyzed. It is seen that the velocity attenuation of the jet flow along the axis sees a regular variation. It is demonstrated by the test results that under the experimental conditions, the velocity along the axis decreases linearly. The higher the air concentration is, the faster the velocity will be decayed. The absolute value of the slope K increases with the rise of the air concentration. The relationship can be defined as K = AC_a +K_b. The coefficient A is 0.03 under the experimental conditions. With the low air concentration of the jet flow, the thinner the jet flow is, the faster the velocity will be decayed. With the increase of the air concentration, the influence of the thickness of the jet flow on the velocity attenuation is reduced. When the air concentration is increased to a certain value, the thickness of the jet flow may not have any influence on the velocity attenuation. The initial jet velocity itself at the entry has no influence on the variation of the velocity attenuation as the curves of the velocity attenuation at different velocities at the entry are practically parallel, even coinciding one with another. Therefore, improving the air concentration of the jet flow and dispersing the jet flow in the plunge pool could reduce the influence of the jet flow on the scour.     

脉冲液体射流泵时均值基本方程中的流速系数

运用非恒定的动量方程和时均值计算方法,对脉冲液体射流泵时均值基本方程中的流速系数进行了理论研究,推导出了喉管和喉管进口段流速系数φ2和φ5的计算式。通过与恒定射流的流速系数计算式对比,阐明了脉冲频率是影响φ2和φ5的主要因素,沟通了脉冲射流与恒定射流流速系数之间的关系。     

黄河潼关河段1996～2002年射流清淤效果分析

概述了潼关河段1996～2002年射流清淤的基本情况,重点分析了清淤效果。实践证明,潼关河段射流清淤每条船平均每小时冲起泥沙数量约400m^3;清淤对河道形态有明显的调整作用,使散乱的河势变得较为归顺,水流相对集中,从而提高了大河的挟沙能力;减少了潼关至古夺河段的淤积量;增加了汛期潼关高程的下降值。因此,在当前不利的水沙条件下,射流清淤对潼关高程迅速上升起到明显的抑制作用。     

有压输水系统中用射流冲沙的系列模型试验研究

射流冲沙是解决有压输水系统中局部泥沙淤积问题的一种方法，为确定射流冲沙的主要参数和冲沙效果，进行了几何比尺分别为1∶25及1∶12.5的系列泥沙模型试验。通过试验发现冲沙效果和射流动能ρQV2有关，且通过系列比尺模型试验，得出射流冲沙的临界判别条件是保持动能为某一临界值，通过进一步分析还得出射流能量中能转化为水流紊动能量的百分比。通过算例给出了有压输水系统中计算射流冲沙参数的方法。     

波浪作用下双孔射流压强特性试验研究

管道污水向海排放是一种典型的射流运动形式。在射流前行的过程中,波浪所引起的水体往复运动明显制约了射流的形成与发展,射流与波浪的相互作用的研究相对较少。利用数字压力传感器对波浪作用下双孔射流进行物理模型试验研究,分析波浪作用下双孔射流横断面压强分布及轴线衰减规律。试验结果表明:波浪条件下双孔射流横断面压强分布规律与静水条件相似,但是波浪条件下的射流压强大于静水条件下的射流压强,波周期越大,压强峰值增加越大;双孔射流的发展经历了单孔主导、双孔射流间的吸附和混掺、合并等过程;单孔主导区,射流压强分布与静水条件相似;吸附和掺混区,各孔衰减呈现出差异,第1孔与单孔射流类似,第2孔压强衰减较第1孔小,合并区双孔射流已为一股射流,其水动力特性与单孔射流类似;波浪对双孔射流的混掺合并有促进影响,随着周期的增大这种促进作用有增强的趋势,波周期的增大也使得射流合并断面提早出现。表明波周期对射流压强特性有显著影响。     

射流泵性能的数值研究

本文针对水电站技术供水中的射流泵进行性能研究,通过数值计算,确定各过流部件的几何尺寸,以保障效率达到最高值。并推导出效率、性能表达式,绘制不同面积比下射流泵运行特性与效率特性曲线。     

湍浮力射流形成区内特性的预报

应用作者所提出的数学模型和计算方法,对浮力射流形成区内的特性进行了预报。得出了形成区内中线流速、温度和湍动能的沿程变化,以及射流核的长度和掺入速度。也得出了流速、温度和湍动能在断面上的分布。并分析和讨论了出口条件及环境分层对这些特性的影响。     

小浪底高压喷射注浆法围井试验及应用

小浪底上游围堰高压喷射注浆法防渗墙，采用先进的双重管高压喷浆机和可跟管钻进的冲击回转钻机，具有压力高、流量大、提升速度快的特点。围井试验为喷射注浆法防渗墙的施工提供了依据，确定了浆液配比和施工参数，再加上施工中严格的质量控制，保证了防渗墙的质量，使地层的渗透系数降低３个数量级，对类似工程的施工具有借鉴及示范作用。     

自激振荡脉冲射流动态特性的实验研究

通过实验研究了自激振荡脉冲射流重要参数相互之间的影响关系。实验结果表明:泵压升高,射流频率增加;腔长增大,射流频率降低;而且存在一个最佳腔长使脉冲射流压力峰值达到最大。实验结果与理论分析一致。