公伯峡水电站水平旋流泄洪洞试验研究

本文结合公伯峡水电站旋流泄洪洞水工模型试验研究 ,提出了水平旋流泄洪洞泄流能力、螺旋流流速沿程分布及其径向分布、壁面压力、通风量等计算方法。通过体型优化 ,较好地解决了起旋器与旋流洞连接拐角处的负压和掺气问题 ,有效地避免了空蚀破坏 ,可供同类工程设计参考     

竖井旋流泄洪洞的水力设计

本文通过前人关于竖井旋流消能成果的总结及公伯峡水电站竖井旋流消能成果的分析,提出了一套完整的水力设计方法,可供设计者及研究人员参考使用。     

公伯峡旋流泄洪洞的水力特性与原型观测

本文尝试采用涂层痕迹(图像)分析方法,结合反演与模型试验进行了公伯峡旋流泄洪洞旋流洞段的水力特性的原型观测.研究结果表明:用涂层痕迹(图像)分析法进行高速水力学水力特性原型观测的方法是可行的;在起旋器收缩环后的扩散斜面上存在水流的分离现象;旋流泄洪洞旋流洞段的旋流角的变化范围为75.45～33.56度,原型值与模型值的变化规律相似;壁面流速的最大值和最大壁面切应力均在原导流洞0 235断面左右,壁面的流速和壁面切应力的变化范围分别为35～37m/s和2～3kN/m2.     

泄洪洞内具有阻塞与扩散段的水平旋流消能方式水力特性的试验与数值模拟(2)

本文采用Realizable k-ε双方程紊流模型和VOF法,并结合模型试验,对水平旋流复合式内消能泄洪洞的流速分布、旋流角、湍动能、耗散率、以及消能率进行了分析和计算。结果表明:起旋室段存在径向速度,切向入流条件较差;轴向流速沿径向呈对称分布,最大值靠近洞壁;切向流速沿径向呈反对称分布,最大值靠近气水交界面,可视为组合涡分布;旋流角在起旋室段与阻塞扩散段变化较大,中间旋流洞段变化较平缓;紊动能、耗散率在起旋室出口附近及阻塞扩散段较大;计算总消能率约为83%,其中竖井段、旋流洞段和阻塞扩散段各占4.58%、28.45%和49.51%。旋流阻塞的设置不仅减小了旋流洞内发生空化空蚀的可能性,而且增大了洞内消能率,提高了适用水头。     

水平旋流泄洪洞通风量相似性研究

结合公伯峡水平旋流泄洪洞1∶40和1∶60模型及原型试验成果,分析了通气系统的通风机理,依据相似理论研究了通风量的相似性问题.研究表明,水流挟气使空腔内形成负压,通风由通气孔进出口的压差产生;空腔内真空度是原、模型通风量相似的主要影响因素;受通气孔摩阻特性和空腔内气体状态的影响,真空度比尺与几何比尺并不相等,导致通风量比尺与重力相似比尺不符;但对于1:40模型,旋流洞环流速度最大值为6.2m/s,真空度比尺与几何比尺较为接近,起旋室通风井通风量可近似按重力相似引申.     

复杂洞塞泄洪洞消能和空化特性研究

针对高水头、大流量、出口尾水位低、消能防蚀问题突出的导流洞改建为洞塞泄洪洞工程,本文提出了＂垂直洞塞＋压坡洞塞＋水平洞塞组＂的布置形式,采用模型试验与数值计算相结合的方法分别对其消能和空化特性进行了研究。研究结果表明,该布置形式的消能率超过80%;泄洪洞各水平洞塞均无空化发生,虽垂直洞塞段出现了弱空化,但均位于水体中部,不靠近边壁,不会对建筑物产生空蚀破坏;数值模拟揭示了有压洞段详细的流场特征及消能原理。     

超高水头大泄量竖井旋流泄洪洞的数值模拟研究

为了克服传统模型试验对竖井旋流泄洪洞复杂水力特性测试的局限性,本文基于VOF法采用Realizable k-ε双方程紊流模型,对某一超高水头、大泄量竖井旋流泄洪洞进行数值模拟,得到了水流流态、空腔直径、压强及旋流角等水力要素的分布规律,由模拟结果分析得出:竖井内旋转水流的水层厚度分布不均,主流水体,水层较厚,非主流水体,水层相对较薄。旋转水流切向流速的衰减梯度从上到下逐渐降低;在竖井前半段,轴向流速随竖井高度的降低增加较快,竖井中下段,主流水体的轴向流速增加明显,而非主流水体增加缓慢。利用试验测试数据对计算结果进行对比验证,结果表明计算值与实测值吻合良好,说明数值模拟方法可行。     

旋流式煤粉燃烧器应用分析

近年来。我国的电站锅炉旋流式粉煤燃烧器研制开发工作有很大进展,特别是引进国外大容量机组锅炉后,在旋流燃烧技术方面为我们提供了有益的借鉴。对国内外的旋流式煤粉燃烧器的应用技术进行综合分析,以促进我国燃烧技术的发展。     

淹没出流型漩流竖井泄洪洞新型连接型式及水力特性研究

针对本文提出的一种新型淹没出流型漩流竖井泄洪洞开展模型试验研究,实现了在下游高水位情况下,旋流竖井高掺气水流通过导流洞时由无压向有压的平稳过渡衔接。通过在导流洞底部合适位置上设置挡坎、顶部设置排气孔和压坡等技术手段,先使水流在有限长度内剧烈混掺消能,其后通过挡坎和压坡的共同作用促使逸出的多余气体通过排气孔顺利排出。试验明确了各个流段不同的水流流态、功能及分区依据,并提出了相应的体型优化设计原则。试验结果表明导流洞内前半段为掺气水流,后半段基本上为清水状态,消能区冲击动压及脉动压力均方根最大值分别为150kPa和89kPa,总消能率能达到85%。为导流洞改建泄洪洞技术领域提供了一条新途径。     

浅谈国内旋流式内消能泄洪洞工程方案的研究

论述了竖井旋流型与水平旋流型内消能工在体型优化中的重点与方向，结合黄河公伯峡水电站右岸旋流内消能泄洪洞的方案的论证、试验研究与体型优化，进行了连接部位泄流能力的协调与匹配、通气孔的设计、消能率的构成、起旋器出口与旋流洞连接部位后的空化空蚀、洞子的衬砌标准与范围、下游水深的影响等问题的讨论。     

泄洪洞内具有阻塞与扩散段的水平旋流消能方式水力特性的试验与数值模拟（1）

本文采用Realizable k-ε双方程紊流模型和VOF法,并结合模型试验,对一种新型的水平旋流复合式内消能泄洪洞的流态及水力特性进行了分析。结果表明:旋流洞段为空腔直径沿程变化的旋流,扩散段为气水混掺的旋转两相流;空腔直径沿程表现出分段变化的特点,在起旋室内与阻塞扩散段变化较大,在旋流洞段变化较平缓;旋流洞段壁面压强整体较大,但在旋流阻塞段迅速降低;旋流空腔负压沿程增大并在旋流阻塞起始点达到最大;旋流洞段发生空化空蚀可能性较小,而扩散段末端有出现空化空蚀的可能性,需加强结构设计或采用超空化体型。旋流阻塞的设置增大了旋流洞壁面压强,减小了空化空蚀的可能性。     

多级孔板泄洪洞水流空化特性

多级孔板泄洪洞是一种利用水流强剪切混掺而实现消能的内消能工形式,而抗空化空蚀性能是影响多级孔板泄洪洞安全运行的重要指标之一。本文以小浪底1号孔板泄洪洞为例,在水力学原型观测资料的基础上系统分析了多级孔板泄洪洞的空化特性,并结合几何比尺为1:40的减压模型试验资料分析了缩尺效应对初生空化数的影响。结果表明：水流空化数对库水位的变化不敏感,而初生空化数则随着库水位的升高而增大,受此影响,库水位越高时各级孔板发生空化水流对应的闸门开度越小;缩尺效应对多级孔板泄洪洞初生空化具有显著影响,经模型试验测得的初生空化数须进行缩尺效应修正;对于多级孔板泄洪洞,其结构尺寸和水流流速是影响初生空化数的主要参数,基于此提出了减压试验初生空化数的缩尺效应修正方法,经与原型观测资料对比,误差小于2%。相关成果利于深化对多级孔板泄洪洞水力特性的认识,有助于多级孔板泄洪洞的推广应用。     

明流泄洪洞布置形式对水力特性影响的数值研究

采用t-e紊流模型,并结合VOF方法,对锦屏一级水电站泄洪洞明流段的两种布置方案进行了数值计算.计算中对壁面粗糙度的合理取值范围进行了分析讨论.并就其对计算结果的影响进行了定性分析.得到了按正常泄量泄洪时"龙落尾"和.龙抬头"泄洪洞内压力分布、空化数分布、沿程水深及平均动能的变化.通过比较,认为.龙落尾"式布置方式缩短了需要掺气保护的洞段长度,可降低工程空化空蚀破坏的风险程度;而"龙抬头"式布置方式的防空蚀性能稍好.出口水流的能量也小,对下游河道的消能防冲有利.     

高水头大流量泄洪洞侧壁掺气设施水力特性研究

本文利用模型试验方法,对高水头大流量泄洪洞高流速明流洞段边墙掺气设施的水力特性开展了系统研究。在分析侧壁掺气效果的影响因素及下游边墙水翅成因的基础上,提出了两种防水翅侧坎体型,该体型通过控制侧空腔长度沿水深方向的变化,在保证掺气效果的同时能有效抑制侧墙水翅的形成。研究还表明,设置侧壁掺气设施一般会影响底部掺气效果,应对掺气底坎和侧坎进行整体优化。最后,基于对侧坎水力特性的综合分析,提出了侧壁掺气设施体型设计原则及优化方法。     

突扩突跌掺气射流对泄洪洞侧墙水力特性的影响

采用VOF和RNGk-ε紊流模型模拟突扩突跌型中闸室出口高速三维掺气射流。突扩掺气射流冲击壁面的反射作用使近壁流动具有强烈的各向异性,反射流向洞顶扩散形成水翅,突扩宽度和闸室出口水流佛汝德数是影响水翅的主要因素。出闸射流碰撞泄洪洞底板后,反射形成侧壁压力中心,其周围具有较大的压力梯度,容易诱发剪切空化。     

泄洪洞模型进口立轴漩涡试验研究

泄洪洞的泄洪安全一直是水利工作者的重要研究课题,其中关于立轴漩涡的研究也是一个重点.本文在大型水电站整体模型上,对泄洪洞进口立轴漩涡的进行了试验观测.本文试验中,在不同的泄洪洞进口淹没水深的情况下,对立轴漩涡的产生发展过程进行了细致观测,研究了立轴漩涡形态在不同阶段的变化过程.同时,为了研究立轴漩涡强度的变化,本文利用PTV流场实时测最系统对泄洪洞进口处的漩涡表面流场进行了试验观测,对漩涡的大小及强度变化进行了深入研究.试验结果显示,淹没水深超过临界值以后,立轴漩涡的强度随淹没水深表现出逐渐增大的规律.     

泄洪洞下游低频噪声数值模拟预测研究北大核心CSCD

针对泄洪洞泄洪时下游环境中的低频气压脉动强度预测问题,通过紊流数值模拟,分析了泄流流速分布特征,开展了涡结构识别,研究了涡量脉动特性,并结合涡声理论对如美水电站多洞联合泄洪工况进行了泄洪诱发低频气压脉动预测。结果表明:涡结构主要分布在泄流水舌入水点及其下游,即水流剪切作用剧烈的部位,水垫塘存在大量的发卡涡和马蹄形涡等大尺度涡结构;涡量脉动在0~2 Hz范围内存在多个优势频率,泄洪涡量脉动可能诱发相应频率的低频气压脉动;各工况下预测声压级最高可达140 dB以上,但声波在水-气界面及雾化液滴耗散作用下,水垫塘周边1 km范围内,衰减后的低频声压级最大约122 dB。