SIMULATION OF THE ATOMIZED FLOW BY SLIT TYPE BUCKET ENERGY DISSIPATOR

1.INTRODUCTION Inhydroelectricengineeringifwaterdischar gesfromtheflipbucketatcertainhighspeed,at omizedflowwouldformowingtothespreadingof theaeratedjetandsplashingasthisaeratedjetim pingeswiththewaterdownstream.Thisatomized flowmaythreatenthesafetyofthehydroelectric engineering,sometimesevencausescertainharm sincethisflowmightproduceheavyrainaswellas heavyfoginacertainareajustdownstreamofthe damundertheinfluenceofupstreamwindand downstreamtopography.Thepurposetostudythe atomizedflowisjust…     

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。     

INVESTIGATION ON THE SPLASH LENGTH OF THE AERATED JET

Atomized flow forms as an aerated jet from high dams impacts against the downstream water surface at high speed. Of all the regions of atomized flow the splash region is in the center of storm rainfall, which might cause certain damage to the hydropower stations and thence more attention should be paid. In this paper the impact of the water drop at the outer edge of the aerated jet against the downstream water surface was analyzed, and the motion of the splash water drop was investigated. Furthermore, a new formula for the calculation of the splash length was suggested, which is in good agreement with the data of model tests and prototype observation.     

STUDY OF THE ATOMIZED FLOW IN HYDRAULIC ENGINEERING

l.mThODUCnONInhydraulicengineeringifwaterdischargesfromtheflipbucketatcertainhighspeed,atomizedflowwouldformowingtothespreadingoftheaeratedjetandthesplashingasthisaeratedjetimpingeswiththewaterdownstream.Thisatomizedflowmaythreatenthesafe-tyofthehydraulicengineering,sometimesevencausescertainharm,sincethisflowmightproduceheavyrainaswellasheavyfoginacertainareadownstreamofthedamundertheinfluenceofupstreamwindanddownstreamtopography.Insomehydraulicprojectsonceflooddischargesthereexistsarelativ…     

平面充分掺气散裂射流研究

水利水电工程中，高速挑流水舌在空气中的掺气及空气对其水流结构有很大影响，随着对消能与雾化问题认识的深入，这种影响愈来愈有必要加以深入研究并在工程中加以考虑。本文对平面充分掺气散裂射流的挑距进行了分析，并对其空中消能率随初始挑角，初始佛汝得数及初始含水浓度的变化进行了探讨。     

掺气分流墩射流消力塘的研究

掺气分流墩射流消力塘是利用掺气分流墩充分掺气、扩散和消力塘的脉动压强随水垫深度增加迅速衰减的特性， 提出的一种新型的消力塘形式。通过试验研究， 得出了这种消力塘的体形参数、水流特性和消力塘的压强特性， 并提出了水力设计的方法。     

基于CFD的挑流泄洪雾化特性研究

针对泄洪雾化影响范围不易采用数学模型直接模拟的问题,以某高坝电站泄洪为研究对象,先采用三维数学模型计算挑流水舌入水流速、入水角度等水力特征值,再基于此特征值选用原型观测校正后的计算公式预报泄洪雾化范围,并通过物理模型试验对计算结果进行验证分析。结果表明,受比尺效应影响,物理模型试验预测的雾化影响范围小于公式计算的范围,但两者的变化趋势一致;雾流受惯性力和水舌风作用,沿水舌轴线做爬坡运动,与原型观测现象一致;受出口挑流影响,泄洪雾化影响集中在水舌落入点的下游,而水垫塘上游、右岸降雨强度较小,影响范围有限。     

猴子岩水电站深孔泄洪洞水力学试验及数值模拟

深孔泄洪洞是猴子岩水电站4套泄洪设施之一,其落差超过100m,洞内泄流流速最大可达22.5m/s,有高水头大流速这一特点。本文采用双方程紊流模型及基于水气两相流的VOF方法,对猴子岩深孔泄洪洞有压洞弯段及无压洞段的多种水力学要素进行三维数值模拟。数值模拟结果与1:25单体模型试验数据对比表明,采用该紊流模型与数值计算方法,能够很好地模拟这种高水头、大流量且带有自由表面的掺气水流的水力特性。计算模拟出的多种水力特性,从变化趋势到数值精度可满足水工设计的要求。     

掺气水舌运动微分方程及其数值解法

在重力、浮力和阻力作用下建立了掺气水舌运动微分方程，并应用四阶龙格-库塔(Runge-Kutta)法得到其数值解；最后将挑流水舌外缘挑距计算值与原观值作了对比，其最大相对误差为3．4％．     

簧阀阻断式脉冲磨料射流破岩的试验研究

为了充分利用井底水力能量提高钻速,提出了井下调制簧阀阻断式脉冲磨料射流钻井技术。模拟分析了簧阀阻断式脉冲磨料射流钻井工具的内部流场,确认了采用簧阀阻断式机构调制脉冲射流的原理可行。研制了簧阀阻断式脉冲磨料射流的原理样机,纯水射流的试验测试结果表明,簧阀阻断式脉冲射流破岩性能明显优于连续射流;基于正交试验法,优选确定了原理样机的结构参数,进而引入磨料,调制形成脉冲磨料射流。脉冲磨料射流破岩试验结果表明,岩石破碎孔的深度随着泵压增大而增大,而随着磨料浓度和喷距的增大,则先增大后逐渐减小,存在最优值。研究结果证实了井下调制簧阀阻断式脉冲磨料射流钻井方法的原理可行,可为实际技术发展提供依据。     

泄洪雾化降雨的纵向边界估算

近年来随着一大批高坝的陆续兴建，泄洪雾化问题越来越引起人们的关注，迫切需要进行预测研究。由于泄洪雾化的物理过程与影响因素十分复杂，基于大量原型观测资料的统计分析方法是有效的研究手段之一。本研究在对部分已建工程的泄洪雾化原型观测资料进行收集、归纳、总结的基础上，发现泄洪雾化纵向边界与泄流流量、水舌平均入水流速及入水角之间存在良好的相关关系，并基于量纲分析方法建立了估算泄洪雾化降雨纵向边界的经验关系式。该成果可用于实际工程的泄洪雾化预测研究。     

窄缝消能与碰撞消能雾化水流研究

窄缝消能是挑流消能的一种特殊形式。本文对窄缝消能的雾化水流特性进行了初步的研究，提出了窄缝消能高速挑射水流的数学模型，同时对窄缝消能的雾流源量进行了分析。此外，本文还对碰撞消能的雾化水流问题进行了初步探讨。     

EFFECT OF ENLARGED FREE JET ON ENERGY CONVERSION IN PELTON TURBINE

NOMENCLATURE Q —flow rate H— head Dref —diameter of pitch circle B —inner width of bucket ω —angular speed of runner QDH —unit discharge Sn —needle strokesn—relative needle stroke Dinj —diameter of injector inlet Dt —diameter of nozzle throat D     

高速掺气水流的气泡级配

用针式掺气流速仪观测高速掺气水流中气泡的数量和直径。将小浪底工程泄洪洞中闸室原型与模型中相应测点的气泡资料对比后表明，原型中d＞2mm的气泡基本符合重力相似准则，可以在模型中模拟。     

小湾水电站泄洪洞窄缝挑坎数值模拟研究

窄缝挑坎在水利工程中应用广泛,但尚无成熟的设计方法,工程设计中窄缝主要参照类似工程初拟体型,并经模型试验优化后最终定型。但模型试验存在耗时长、费用高、常规仪器测量精度较低的不足。采用RNG k-ε紊流模型,利用Flow 3D独特的FAVOR网格技术,对小湾水电站泄洪洞窄缝挑坎进行三维数值模拟研究。模拟结果表明窄缝挑坎内水深、水舌形态、水舌前后入水点、水舌最高点及起跳角度等计算结果与模型试验、原型观测值基本一致。表明Flow 3D数值模拟研究方法可作为窄缝挑坎设计的一种方法,并可节省时间和工程费用,优势显著。     

掺气减蚀减压模型相似律问题的探讨

通过大朝山水电站表孔减压水力学模型试验结果与原型资料对比分析，对掺气减蚀减压水力学模型与原型之间的相似律问题进行了研究。研究结果表明，传统水力学减压试验方法在掺气减蚀减压模型中，由于存在模型和原型之间掺气不相似、初生空化界限不明确等问题，致使模型水流空化特性试验结果与原型差异比较大，只有通过空化部位水流掺气相似得到的减压模型试验结果才能与原型空化达到基本相似的要求。     

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。     

超高速掺气水流中的激波现象——可压缩及不可压缩理论的比较

本文介绍了超高速可压缩掺气水流的均质绝热激波理论和不可压缩急流冲击波理论，并针对明渠边墙突然偏转情形中的超高速掺气水流，对两种理论预测的结果进行了详细比较，二者差异极大．此外，本文还提出了一个简便判据，可以用来检测超高速掺气水流中压缩性效应和激波的存在性     

掺气水流掺气浓度缩尺影响的估计

根据紊动扩散理论和相似理论导出了掺气水流试验的9个模型相似律。研究表明，若要求掺气水流的掺气浓度原、模型相似，并按重力相似律引伸，则掺气气泡的上浮速度应和水流流速一样满足重力相似律。在模型采用和原型相同的介质，即水和空气进行试验时，由于气泡上浮速度不相似，引起掺气浓度巨大的缩尺影响，本文首次对这种影响进行定量估计。研究表明，模型的比尺λL应足够大，以减小掺气浓度的缩尺影响。     

溢洪道阶梯陡槽段水面掺气位置试验与计算探讨

外凸型阶梯式消能工是应用于溢洪道陡槽段上的一种新型的辅助消能工。目前溢洪道陡槽段外凸型阶梯式消能工已在水利工程中得到了应用,但对此类型阶梯式消能工水力特性的研究成果仍较少。本文在5种坡度比和不同阶梯体型(包括阶梯高度、阶梯间距等参数)的阶梯陡槽溢洪道水力模型试验研究的基础上,对溢洪道阶梯陡槽段水力特性进行研究探讨,分析了陡槽段坡度比、阶梯跌坎体型参数等对溢洪道陡槽段泄流流态的影响,并将阶梯陡槽段泄流分为光滑水流区和掺气水流区两部分,提出了外凸型阶梯陡槽段水面掺气断面位置和水深的计算公式。本文研究成果可为溢洪道阶梯陡槽段沿程水面线和消能计算提供参考。