渠网非恒定流图论原理

本文研究了气液均相流的模型相似律，推导得出竖井式水平旋流洞的模型相似律是：原、模型几何相似；原、模型佛罗德数 相同；原、模型含气率相同。推导得出竖井式水平旋流洞原、模型通气管截面积的换算关系和原、模型含气率分布的换算关系。最后，应用所得理论公式分析公伯峡水电站竖井式水平旋流式泄洪洞模型试验结果，为改进和完善模型设计提供了科学依据。     

气水两相流模型试验条件与掺气浓度相似律

从气体运动状态方程出发,研究了竖井有压流动模型中气水两相流的运动规律,分析了气泡几何相似、运动相似以及动力相似的条件,指出掺气浓度相似律是研究气水两相流相似问题的又一必要条件,即原、模型的掺气浓度必须相等,前提为大气压强或密度相似。对照公伯峡水电站竖井水平旋流洞原型与常压模型水流中掺气浓度测值的差异,给出了该竖井流态、压强、流量等不相似现象的合理性解释。依据掺气浓度相似律准则进行气水两相流模拟研究,对于发展传统水力学研究理论、创新研究方法、完善工程应用技术等,可以起到有效的推动作用。     

水平旋流泄洪洞原型和模型的脉动压力特性对比与分析

依据公伯峡水平旋流泄洪洞原型观测和反演模型试验的成果,对这种新型水平旋流内消能泄洪洞在闸门启闭过程中的脉动压力特性进行了对比与分析。研究表明环形掺气坎上游竖井段、起旋室内及水平旋流洞内压力随时间变化趋势原型和模型的基本一致,符合重力相似准则;受缩尺效应的影响,原型和模型环形掺气坎的空腔长度不同,压力差异较大;起旋室内的压力变化可分为四个阶段;原、模型相应测点的水流的优势频率均属低频,远小于建筑物的固有频率。     

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。     

水库分层取水水温模型试验的相似理论

依据连续性方程、运动方程和能量方程,结合水库分层取水的流动特点,对水库水温模型试验的相似关系进行了理论分析,提出了模型和原型相似应满足的条件,以及模型与原型水温换算关系。依据所提出的模型相似理论,将二滩水电站物理模型试验的所测下泄水温转换成原型数据后,与原型实测资料进行对比,结果表明,两者吻合较好,验证了本文模型相似理论的正确性。研究成果可为开展水库分层取水下泄水温的试验研究提供理论基础。     

旋流式竖井整体三维数值模拟

该文通过建立Realizable k-ε紊流模型,分别采用VOF模型和Eulerian(欧拉)模型对旋流式竖井水力特性进行整体三维数值模拟计算。流态、压强及掺气形态等水力参数的计算结果与水工物理模型试验结果对比分析表明,在隐格式迭代方法条件下,VOF模型和Eulerian模型均可模拟旋流式竖井流场;在掺气形态数值模拟方面,Eulerian模型在一定程度上比VOF模型具有更好的模拟精度。     

旋流式泄洪洞的特点及其运行可靠性分析

旋流式泄洪洞和常规洞一样也存在空蚀敏感区(在起旋洞水流转向的升坎处)。为了防止发生空蚀，在溢流堰的一侧墙设掺气折流坎，产生旋涡气囊进入竖井，向升坎处补气，同时在起旋洞的进口设增压折流坎，缩短螺距，使旋转流经过升坎，在离心力的作用下消除负压。采用掺气和增压这两项技术措施，可大大提高旋流式泄洪洞的运行可靠度。     

模型砂水下休止角与边坡上的起动相似问题

本文以理论分析及水槽试验资料说明水下休止角相似问题对于实现模型边坡上的起动相似所造成的影响.如模型砂与原型砂水下休止角相近,边坡及水平床面上的起动相似条件可同时接近于满足.如模型砂水下休止角小于原型砂,则可能导致模型中的边坡冲刷在较换算后的原型边坡冲刷临界条件为弱的水流条件下发生,从而在模型中增大了边坡冲刷的发生机遇.     

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。     

竖井旋流泄洪洞竖井壁面新型掺气方式试验研究

针对传统的旋流竖井泄洪洞在高水头大流量运行过程中,存在发生壁面空化空蚀的风险,提出壁面全程掺气旋流竖井。通过试验,对竖井段掺气水流的流动特性进行了研究,对竖井壁面的压力、空腔长度,掺气浓度进行了测量。结果表明,采用这种新的掺气方式,竖井沿纵向全程产生了稳定的掺气空腔、掺气效果明显,整个竖井壁面均为含气浓度较高的掺气水流,减免了整个竖井壁面出现空化空蚀破坏,并且竖井壁面压力稳定,不会对竖井壁面的结构安全造成影响。     

旋流喇叭形竖井泄洪洞水力学机理及应用

改变传统的防漩消涡观念,研究出一种带有潜水起旋墩的新型喇叭形竖井泄洪洞,在各种水头下均能产生稳定的空腔旋转流运动,用以消除溢流堰和竖井的负压,避免发生空蚀,同时提高泄洪洞的消能率。潜水起旋墩同喇叭形堰外缘的切线成小角度连接,其旋流运动机理是,当水流漫溢堰顶时,开始产生旋转流,而当水深超过起旋墩顶时自动扩大入流角度和加大泄量,在底层旋流的拖曳下作同步强力旋转流运动。所提出的设计理论和试验研究成果已应用到广东清远抽水蓄能电站的竖井泄洪洞设计中。     

冷却池试验模型律探讨

我国现用的冷却池模型试验方法和模型与原体的水温换算关系，是由系统的总体热平衡关系求得的，没有考虑水流内部的运动关系。本文用常规的方法，从运动方程出发推导模型试验相似律，考虑了水流的运动结构；包括温排水的近区和远区，分层和不分层等差别。提出模型中弗劳德数和密度弗劳德数必须同时与原型相等。在原体气温和试验室的气温相差较大时，必须考虑水的密度随水温的变化。因此本文提出的原型和模型水温的换算方法，将和现有方法有明显差别。     

长江对鄱阳湖倒灌影响的微模型模拟

微模型试验技术具有模型规模小、试验周期短和经济性好等优势,可用于研究大范围和复杂系统的江湖关系问题,但国内应用实例较少,其相似理论和模型设计关键技术值得深入研究。基于研究长江与鄱阳湖江湖倒灌规律的需要,探讨了江湖倒灌微模型应遵循的相似律和微模型设计方法,提出了微模型阻力相似及模型物理量测控的解决方案,建立了平面比尺1:6 500、垂直比尺1:150的长江-鄱阳湖-“五河”尾闾微模型。经实测水文资料验证,该模型在水位、流速及长江对鄱阳湖倒灌时间和倒灌流量等方面与原体具有较好相似性,所用模型设计和模拟方法为进一步推广微模型试验技术提供了理论依据,为研究河流、湖泊、河口、海岸等大尺度和复杂水沙运动问题提供了参考。     

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。     

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。     

基于水流黏滞性的模型沙选择

对于研究泥沙问题的全沙动床模型试验,模型沙的设计是整个模型试验的关键。当原型泥沙粒径过小,不考虑模型与原型的温度差异时,按比尺计算得到的天然模型沙粒径太小,通常不易获得。因此在满足悬移相似条件下,通过控制试验水温,根据不同温度及不同水黏滞系数ν,得到合理的颗粒粒径从而优化模型选沙。在原温和变温两种条件下分别计算所选泥沙的沉速和沉速比尺,表明改变温度所选的模型沙粒径是合理的,用较大粒径天然沙模拟原型较细沙,既满足沉速相似也满足悬移相似要求。试验验证结果表明模型沙选择满足设计要求,模型设计合理。