梯形开口节流片消能装置水力特性研究

采用在管道增加梯形开口节流片的方式,使高压水流形成螺旋流,达到消能减压的目的。研究了梯形开口节流片消能装置沿程水头变化、节流片在不同转角和雷诺数下的消能效率,结果表明:梯形开口节流片消能装置后压力明显降低,该部位为消能的主力区且有较好的消能效果;梯形开口节流片在相同开口情况下,消能装置的消能效率随节流片之间扭转角度的增大而增大,随主管道水流雷诺数的增大而增大;利用梯形开口节流片消能装置能有效消除管道中的多余能量,通过调节节流片之间的扭转角度来控制消能装置的消能效率是可行的。     

多级孔板消能系数问题探讨

本文论述了高速水流,经过多级孔板孔口发生突然收缩与扩散,消杀巨大能量的消能机理。消能效果可用消能系数K来表示。通过试验找到了影响孔板消能的因素主要有:反映流动状态的雷诺数、孔板孔口与管道直径比(即孔径比)、孔板之间距离即扩散室长度、孔板锐缘形状、孔板级数以及不同孔径比不同形状孔板的组合及排列顺序等。文中着重分析了以上诸因素与无量纲消能系数之间的关系,并指出:管道中水流若处于充分紊流状态,便可忽略雷诺数对K的影响;孔径比为0.7左右为佳;孔板间距取决于水流恢复长度;孔板锐缘以刀口朝上半径小者消能率高;不同级数、不同形状和孔径比的孔板,排列组合顺序不同时对K值有影响。     

阿拉山口输水管道消能井结构试验研究

为确保阿拉山口供水与生态建设工程安全运行,减少管道承压程度并降低管材成本,在输水管道工程沿线压力较大处设置了消能井,经过试验在满足一定压力和流量的情况下,确定了消能井的结构尺寸,达到了既消能、溢流顺畅又节约投资、施工便利的目的,该工程实施后运行效果良好。     

消力井消能效率及井底压强分布研究

结合室内方形消力井水力模型实验,对方形消力井的消能效率及井底压强的变化规律进行分析,从而为消力井工程的应用提供参考和依据。实验发现,当管道流量达到一定程度时,消力井和闸板阀的消能比重趋于一个稳定的数值;并且输水管道中的大部分能量消耗在闸板阀处,闸板阀在消能过程中起到了关键性作用;同时井底中央处的压强大于井内的静水压强,而井底靠近井壁处的压强小于井内的静水压强,表明井底中央处于冲刷状态,井底靠近井壁处为负压状态。     

多级跌水消能的消能工计算与试验研究

在某工程对原设计消能工进行水工模型试验的过程中,多级跌水消能的跌落水舌长度由公式计算的长度,与试验实测的长度有偏差,导致各级消力池的水跃淹没度均偏大,使消能作用减弱,在试验中对各级消力池尾槛进行优化,改善了各级消能工的消能效果。     

闸后两种消能型式的试验对比研究

新疆渠首大部分修建在出山口位置,夏季河道洪水峰高量大,携带泥沙多、持续时间短,洪水对泄洪闸下游河床淘刷严重,威胁闸室稳定。工程建设中主要采用斜护坦+深隔墙和斜护坦+裙板两种型式进行消能防冲处理。为了分析这两种型式的消能效果,选择塔尔朗渠首工程,通过水工模型试验进行了对比研究。试验反映出,两种消能工都具有较好的消能效果。裙板的倒坡构造还能够使洪水产生部分回流,将河床质泥沙带回齿墙部位,从而减小了齿墙部位的淘刷。为此,试验中重点开展3种结构尺寸的裙板消能试验。试验结果表明:长度为6m的裙板消能型式与深齿墙消能型式的冲刷深度接近,冲坑深度最浅;但裙板消能冲坑最深处距离齿墙的位置却大于深齿墙消能型式。因此,裙板消能型式在满足消能效果的同时,能够较好地保护斜护坦齿墙不被淘刷,从而提高齿墙的安全性能。     

河床下切对闸坝泄洪消能的破坏及对策

河床下切导致的闸坝下游水位降低,上下游水位差增大,造成原有消能工不能满足消能要求,甚至大洪水时发生严重破坏。小埠东橡胶坝工程采用一、二级消力池联合消能工设计,由于下游河道连续多年采砂超量,河床急剧下切,导致消能工多次毁坏,严重危及闸坝安全且带来巨大损失。通过水力学模型模拟了小埠东枢纽消能工消能效果,分析了破坏原因。结合多个消能工优化方案的消能试验,提出的推荐方案一、二级消力池均能产生稳定的水跃,满足校核洪水消能要求。通过变动枢纽下游水位的消能试验,研究了消能工推荐方案下游河道允许下切极限。工程实际应用表明,推荐的消能工结构遭遇大洪水时未发生破坏,研究提出的因河床下切造成的消能破坏加固理念和对策可为类似工程借鉴参考。     

鱼背山水电站溢洪道消能工设计研究

针对鱼背山水电站溢洪道单宽流量大、落差高且需保证下游梯级电站正常运行的特点，设计了两种型式的消能工，并对其消能特性进行了水工模型试验研究，为溢洪道消能工的优化设计提供了试验成果。     

面流消能的消能率计算：面流消能试验研究之二

论述了面流消能的消能机理,并应用量纲原理分析了试验成果,总结出了面流消能五种典型流态旋滚区消能率的计算式,可供设计选择消能效果好的流态作为主要的应用流态时参考。     

浅论多级孔板消能问题

本文论述了孔板的消能机理、能量损失等消能特性。并通过试验分析找出了影响多级孔板消能各项因素与孔板消能系数之间的关系,为龙抬头泄洪洞选用多级孔板消能设计提供了依据。     

调节阀在长距离输水工程消能调流中的应用

结合北京市已建的长距离重力输水工程,介绍了调节阀的设计选用情况,论述了设置消能调流设施可有效防护水锤保障输水管路安全,并对管道工作压力进行合理分段,分析了常规措施与采用调节阀消能调流的优缺点,阐述了调节阀的应用现状和选用技术要求。采用特征线法进行数学模拟计算,通过计算分析结果表明,调节阀可方便地调减流量,消减富余水头防护水锤并节约投资。     

底流消力池墩栅联合消能工水力特性数值模拟研究

针对低弗汝德数底流消力池消能不充分、流态紊乱及底板时均动水压强过大而造成失稳破坏的问题,通过采用数值模拟的方法,对传统消力池内分别加设趾墩-悬栅、消力墩-悬栅、T型墩-悬栅联合辅助消能工,分析各联合辅助消能工的水力特性及消能规律。结果表明：消力池内布置3种墩栅联合辅助消能工后,相较于传统消力池,水面流态趋于平稳,消力池底板最大时均动水压强分别减小了50%、25%、12.5%,消能率分别提高了3.13%、6.06%、5.24%;相较于同种墩型消力池（未加悬栅）,消力池底板最大时均动水压强分别减小了20%、25%、12.5%,消能率分别提高了0.17%、3.05%、0.39%;趾墩、消力墩、T型墩与悬栅辅助消能工联合运用具有优势叠加效应。本研究可为解决同类底流消能问题提供参考。     

李家河供水工程调节池水力学模型试验

李家河供水工程为长距离有压重力输水管道工程。为减小管末端静水压力及水锤压力,将管道分成2段,在每段末端设矩形调节池,调节池兼消力池。对矩形长调节池的消能做了水力学模型试验,以观察流态,实测最大流速及真空度、检验效能效果,最后提出调节池的尺寸等方案,并对矩形长调节池与圆形池比较,其结果可供同类工程参考。     

水布垭枢纽泄洪消能试验研究

对水布垭水利枢纽泄洪消能布置进行了整体水工模型试验,研究分析溢洪道入口、消能区及坝址下游水流特性,观测了窄缝挑坎挑流特性、消能区的冲淤情况和防淘墙的脉动压力和频率,从而解决了水布垭工程泄洪消能问题。     

船坞虹吸双廊道消能特性及其体型优化研究

结合某修船坞虹吸双灌水廊道模型试验,建立了其水力特性的三维数值计算模型,使用驼峰压强和灌水流量的试验值验证了数值模型的可靠性。通过分析消能段湍流动能和耗散率发现,消能立柱作用并不明显,水流动能的消散主要靠隔墙立柱后方的水流摩擦和与壁面碰撞。对比设计方案和修改方案的消能段前部流场发现,取消导墙可以改善流态。无导墙的三个修改方案中,灌水流量均有较大提升,取消隔墙立柱后,隔墙上方过流面积增大,降低了水流的掺混程度。综合方案比选,选择对廊道体型改变较少的方案二作为最优方案。     

台阶式溢洪道消能特性的研究

结合斯木塔斯水电站台阶式溢洪道水力学模型试验结果,引入了相对消能率和单宽消能功率,总结了台阶高度、单宽流量与消能率、相对消能率和单宽消能功率的变化规律,重点研究相对消能率的变化规律。研究表明,流量增加时台阶溢洪道的相对消能率和单宽消能功率逐渐增大,表明台阶所起到的消能功效增强了。     

混流式水轮机飞逸过程瞬态流动与能量耗散研究

水轮机经历飞逸过程时,其内部将出现流动分离、涡漩及高振幅压力脉动等瞬态水力特性。为明确其在飞逸过程的不稳定流动特性,本文以某典型水头段混流式模型水轮机为研究对象,对其由额定转速过渡至飞逸转速的瞬态流动过程开展研究,数值计算获得的飞逸单位转速及流量与试验测试结果吻合较好。结果表明:飞逸过程中,转轮进口处水流在大冲角作用下形成较强的流动分离,诱发转轮叶片通道产生大尺度的涡漩结构,且随转速升高,涡漩体积逐渐增大,对主流形成强烈扰动。过流部件内均捕捉到低频、宽频特征的高振幅压力脉动,频率范围在0.5倍叶频以下,且对应的转轮域压力幅值最高。进一步,本文基于能量平衡方程分析水轮机能量耗散特性,发现各过流部件能量耗散主要发生在转速上升的初始阶段,且转轮和尾水管内的能量耗散之和超过耗散总量的90%。此外,湍动能生成项和雷诺应力做功项远大于黏性耗散项和黏性力做功项,表明不稳定飞逸过程中的能量输运和耗散主要由湍流主导。转轮内的主要能量耗散位置与涡漩结构位置对应,表明转轮内流动分离诱导的复杂涡漩结构是引起能量耗散的根源,为进一步揭示水轮机飞逸过程的能量耗散机制研究指明了方向。     

不同组合连接体形下旋流式竖井水力特性试验研究

通过物理模型试验和理论分析相结合的方法研究了不同组合连接体形下旋流式竖井的水力特性,总结出竖井涡室内的4种典形流态,其中,自由旋流流态最适合于旋流式竖井.通过进一步研究进口体形和消力井深度对流态和消能率的影响,得出折流角变化对消力井侧壁及底板压强影响不大,消力井边壁及底板均不会出现负压;流量的增加会减小消能率,折流角和...     

出山店水库表孔低水头大单宽流量消能方式研究

由于出山店水库下游河床水位低且水深变幅较大,能量较为集中,对下游冲刷严重,传统消能方式很难满足工程需求。本文结合出山店混凝土坝下消能防冲实验研究成果,对宽尾墩的水流特点、掺气特征、消能效果等进行了探讨,再通过数值模拟得出的水面线计算成果与实验结果吻合良好。最后,经过模型试验、数值模拟的结果进行比选,得出溢流表孔采用底流消能同时联合T型墩、非完全宽尾墩等辅助消能方式的消能率有所提高,消能效果提升明显。本研究可为类似的低水头、大单宽流量、低佛劳德数水库消能设计与试验研究提供参考。