庄浪河渡槽冬季输水最优流速预测

庄浪河渡槽是西北地区的长大渡槽,寒冷季节输水,水温会在输水过程中降低。水在零度以上以液体状态存在,零度以下以固体状态存在,即水温为负值时,渡槽槽体内会产生冰花,渡槽中的冰冻会影响水体的正常输送,对渡槽槽身结构的摩擦、碰触,会影响渡槽的使用年限。而水体在流动过程中的水温降低与其流速有直接关系,因此,若知道临界流速从而对水流流速进行控制,对渡槽的耐久性和使用寿命及冬季输水的可行性具有重要意义。根据稳态传热过程进行理论分析,采用ANSYS FLOTRAN软件对水体进行模拟,采用牛顿冷却公式和对流换热公式进行计算,并求得相应的流速。由计算结果可知,当水流速度为1.35 m/s时,在流经整个渡槽的过程中,水的温度趋于不变,因此,1.35 m/s是冬季输水时期渡槽中水的最优流速。     

渡槽表面温度边界条件分析

渡槽长期暴露在空气中,外界温度变化对结构内力影响巨大,甚至引起建筑物的破坏,因此准确分析渡槽的温度边界条件具有重大的意义.首先从气象学和传热学原理出发,分析了建筑物的气温条件,以及由于太阳辐射引起的日辐射强度、空气散射强度、地面反射强度和地面辐射强度等,然后再根据规范经验公式计算,并以南水北调中线工程河北省段规模最大的渡槽--洺河渡槽为例,计算了顶面、东侧面、西侧面和底面随时间变化的外表面温度,最后分析了渡槽内的水温变化.     

渡槽水体的热交换及水温和含冰率的时空变化

渡槽是一种高架空中的输水建筑物,冰期易于形成产冰场,可能导致下游发生冰塞灾害。考虑渡槽外壁与大气的热交换,包括太阳辐射、外壁和大气的长波辐射、地表的长波辐射和反射及对流等因素,提出了渡槽外壁温度及水体与渡槽热交换的计算模型。建立了冰期渡槽水温时空变化的一维数学模型,采用特征线方法得出水温随时间和离开渡槽进口距离的增加呈指数规律变化的重要结论。在此基础上,导出了渡槽含冰率与负水温成正比的理论公式。算例表明,如果忽视水体与渡槽的热交换,则可能导致计算冰情远远偏离实际情况的结果。     

长大渡槽冬季输水期结冰水深预测

为了研究长大渡槽在冬季寒冷时期输水的结冰问题,为渡槽提供保温措施奠定理论依据,以庄浪河渡槽为背景,根据稳态传热过程进行理论分析,采用ANSYS FLORTAN软件建立水体温度计算模型,利用牛顿冷却公式、对流换热公式、曼宁公式进行计算,求得水温下降值与水深变化之间的关系。结果表明:水温下降值随水深的增大而减小,当水深增大1.5倍时,水温下降值减小约1.7倍;当水深增大4.2倍时,水温下降值减小约7倍,所以应该尽量保持槽体内较高流量,控制最小水深以保证槽内水体不产生冰花。当水深小于1m,外界温度为-25℃的极端低温情况时,槽内水体会结冰,可以考虑顶部加盖或者粘贴保温板来保温,从而达到安全输水的目的。研究成果对于渡槽的耐久性和使用寿命及冬季输水的可行性具有重要意义,也可以为类似工程提供理论依据。     

井灌区土质渠道水温变化规律的探讨

黑龙江省三江平原以井灌水稻为主,由于从灌溉井中直接提水灌溉,水温较低,对水稻产量有影响。而灌溉水在渠道内流动时,水体本身的温度随着流经渠道长度的不同,其本身温度发生的变化不同。文章以田间试验为基础,对土渠渠道的水温变化规律进行探讨。     

考虑槽身与槽内水体流固耦合的渡槽地震反应计算

基于考虑槽身与槽内水体流固耦合的渡槽薄壁梁段单元的动力分析模型,计算了南水北调中线工程某渡槽结构的地震反应.计算结果表明,随着水位的上升,渡槽结构地震反应增大;考虑槽身与槽内水体流固耦合时,渡槽结构的横向地震反应、伸缩缝相对折角小于不考虑流固耦合的情况,而槽身横截面绕轴线转角却大于不考虑流固耦合的情况,说明槽身与水体的相互耦合对渡槽结构地震反应影响显著.因此,在对渡槽结构进行地震反应计算时,应采用能考虑相应水位的渡槽流固耦合动力分析模型,并计算渡槽在不同地震波激振下的地震反应才能综合反映渡槽结构在地震作用下的实际情况.     

沙河-大郎河箱基渡槽温度作用计算分析

首先分析了渡槽的温度作用,确定了渡槽温度作用的计算工况。在考虑了外界气温、水温和结构表面日照等影响条件下,采用有限元瞬态计算方法,计算了南水北调中线干渠上的沙河—大郞河箱基渡槽的温度场和温度应力,并对计算结果进行了分析,提出了可供设计参考的建议。     

混凝土结构表面保温对矩形渡槽水温的影响

北方寒区混凝土渡槽水体温度过低不仅会影响输水过程,还会对槽体本身的结构安全造成负面影响。文章基于ANSYS有限元模型对混凝土结构表面保温对矩形渡槽水温的影响进行研究。结论显示,在矩形渡槽混凝土表面敷设5 cm厚的聚氨酯保温层可以起到良好的保温效果。     

大型渡槽温度场的边界条件计算方法

温度应力是南水北调中线大型渡槽设计中不可忽视的重要因素,直接影响到渡槽的运行安全,因此在设计中必须较为准确计算,温度场的边界条件计算是温度应力计算的前提.置于自然条件下的大型混凝土渡槽结构,其温度场的边界条件影响因素复杂,通常难以准确计算而往往被简化考虑,从而也直接影响到渡槽温度场和温度应力计算成果的可靠性.通过研究,给出了在太阳辐射等复杂自然条件下温度场边界条件的计算方法,并通过对实验水槽的实测数据和计算结果的对比,验证了计算方法的可信度.     

渡槽结构考虑流固耦合地震响应及求解敛散性

基于所建立的考虑流固耦合渡槽梁段单元动力分析模型,对渡槽结构在多务地震波下的地震响应进行计算分析.该模型综合考虑了渡槽横向、竖向、纵向、自由扭转和约束扭转变形,以及槽内水体与渡槽槽身的流固动力相互作用的影响.结合工程算例探讨了大型渡槽结构考虑流固耦合地震时程响应解答的敛散性,结果表明:计算是收敛的、可靠的.说明该模型是考虑渡槽内水体流固耦合作用实用的地震响应模型,计算结果可为大型渡槽抗震设计提供参考.