旋流排沙渠道体型优化的正交数值试验方法和应用

为优化多泥沙河流引水渠道内的泥沙级配,实现泥沙分选的效果,提出了一种新型旋流排沙渠道。基于数值模拟与模型试验结果,采用正交数值试验方法,以分流比与排沙洞典型断面的流速为目标函数,优化了旋流排沙渠道的关键体型参数,对比分析了体型优化前后旋流排沙渠道的水沙特性。结果表明,正交数值试验设计能有效提升结构的优化效率,获得具有良好性能的旋流排沙渠道。当渠道来流量为30 L·s^-1时,优化体型的排沙耗水量较原体型减小21.5%,分流比减小4.6%,排沙洞出口断面最大流速增大10.8%,水流的挟沙能力增强,在排沙洞内形成更有利于泥沙运动的旋转水流条件;体型优化前后的旋流排沙渠道对粒径为0.075～3.0 mm泥沙的总体截沙率分别高达90%和88%,表明旋流排沙渠道具有良好的排沙特性,且优化体型排沙洞内的泥沙淤积量较原体型减小61.8%。本成果可为这种新型旋流排沙渠道体型优化和其在引水渠道等工程中的应用提供参考。     

圆中环沉沙排沙过滤池水工模型试验研究

圆中环沉沙排沙过滤池是一种新型的浑水沉沙、排沙、过滤装置,为水沙分离提供了另一种新的思路.通过新疆呼图壁城镇工业供水工程圆中环沉沙排沙过滤池的物理模型试验,初步探明了其沉沙、排沙和过滤的机理.沿圆环周边布置的过流孔可降低池内流速至0.03m/s,形成水流相对比较稳定的区域分离泥沙;倒锥形沉沙池对粒径为0.16mm以上的泥沙沉降率达100％,对粒径为0.075mm以上的泥沙沉降率达82.4％;沉沙池排沙时采用间歇式冲沙,排出的沙量占池内总淤积量的95％;环形布置的过滤槽滤水层可单个依次冲洗,保证连续供水,反冲洗可排出的沙量占槽内总淤积量的83％.与常规水沙分离装置相比,这种新型的装置扩大了泥沙处理的粒径范围,实现了节能减排,环保性处理泥沙的目标.     

刘家峡水电站泥沙问题的解决措施与运用实践

刘家峡电站近二十年来,泥沙问题给电站的安全发电和渡汛带来了极其严重危害,经对电站泥沙问题的研究与运用实践认为：从发电与解决泥沙危害综合考虑,电站采用高水位运行异重流排沙和低水位拉沙,可有效解决电站近期泥沙问题。实践证明：采用这些途径取得了显著的排沙减淤效果和经济效益,保证了电站安全运行。     

碧口水库泥沙淤积与水库运用的研究

碧口水库自１９７５年蓄水至１９９６年汛前,总库容已损失５２％。曾发生过排沙洞被泥沙淤堵,严重威胁电站安全运行的情况。本文通过实测资料分析并结合数学模型计算,对碧口水库行洪期降低水位排沙效果和不同运行方式下的淤积发展趋势进行了多方案的计算与分析,结果表明：通过改变水库汛期运行水位与行洪期的短时间降低水位排沙,较目前运行方式,平均每年多发电量２１００万ｋＷｈ,坝前段减少淤积量约１００万ｔ,并能较明显的减轻机组磨损。     

基于鲶鱼效应粒子群算法的水库水沙调度模型研究

水沙优化调度具有多目标、高维、非线性和难以求解的特点,在统筹考虑泥沙淤积、发电量目标和优化调度决策变量的基础上,建立水库水沙多目标优化调度模型,采用全局搜索能力和收敛性较强的鲶鱼效应粒子群算法求解。该模型较好的整合了模型中的目标和待优化决策变量,为水沙优化调度模型研究提供了一个新的途径,所提出的算法克服了粒子群容易陷入局部最优的缺点,可以有效的处理维数灾和复杂约束问题。实例研究表明,在给定的泥沙淤积量阀值和考虑汛期排沙的条件下,针对来水来沙情势有目的提前蓄水可以很好的解决发电和排沙减淤的矛盾,同时也验证了模型及算法的有效性和通用性。     

"蓄清排浑"水库运用方式与淤积过程关系探讨

为减轻水库泥沙淤积,我国研究工作者提出了行之有效的＂蓄清排浑＂运用模式.以往人们对＂蓄清排浑＂的理解基本停留在原则框架的层次,对＂蓄清排浑＂水库淤积过程的认识不够深入.本文采用一维不平衡泥沙数学模型,以溪洛渡水库为案例,针对影响＂蓄清排浑＂水库运行条件最为重要的时间和空间因素,从汛后蓄水时间和汛期限制水位两个方面对水库淤积量过程、三角洲推进、横断面发展和排沙比变化等淤积特性的影响进行了分析.研究结果给出了不同水库运行条件下库区泥沙淤积的一般规律.     

影响GIL柱式环氧树脂复合绝缘子绝缘性能的因素

气体绝缘刚性输电线路(GIL),具有结构紧凑、安全可靠、输送容量大、电容电流小、无电磁干扰等优点。GIL中的绝缘子在结构中起着支撑带电导体的作用,其性能和可靠性直接决定了整个GIL产品的技术水平和长期运行可靠性。文中对影响环氧树脂复合绝缘子绝缘性能的因素进行分析,包括绝缘子根部圆角半径、绝缘子支柱倾角、绝缘子低压端嵌件直径、绝缘子高压端嵌件处环氧树脂厚度,并得出如下结论:在结构允许的前提下,绝缘子根部圆角半径越大,沿面电场强度值越小;绝缘子支柱的倾角越大,绝缘子沿面电场强度值越小,但低压端嵌件上电场强度值越大,设计时要兼顾考虑;低压端嵌件直径越大,嵌件上电场强度值越小;高压端嵌件处环氧树脂厚度越大,绝缘子沿面矢量合成值越大,高压端嵌件上电场强度值越小,设计时要同时考虑。根据文中理论基础研制的特高压GIL柱式环氧树脂复合绝缘子顺利通过了全部绝缘型式试验,验证了相关结论的可靠性。     

椭圆环布置的垂直型直流接地极的溢流特性

椭圆环布置的垂直型直流接地极占地面积小,地形适应能力强,具有推广应用价值,但椭圆环布置带来的溢流不均匀特性值得深入研究。分析并对比接地极外形尺寸对溢流特性的影响,外形参数包括椭圆率、极环周长、电极长度、电极间距、电极数量。研究表明,椭圆率越大、电极长度越长、电极间距越小、电极数量越少,则电极之间的不均匀程度也越高;且影响程度最大的是椭圆率,其次是电极长度和电极间距,再次是电极数量。采用椭圆环布置垂直接地极时,需要考虑电极之间和单个电极本身的两类溢流不均匀特性的叠加,以控制任一点上的最大溢流密度偏差系数。     

附着金属颗粒的绝缘介质沿面放电微观发展过程

利用"三电极"结构,研究附着金属颗粒直径和介质介电常数对流注平均沿面发展速率、流注到达阴极时发光强度的影响;并通过COMSOL建立了包含金属颗粒影响的等离子体沿面放电模型,揭示金属颗粒和介电常数对沿面放电微观发展过程的影响机制。结果表明:金属颗粒直径越大,颗粒对背景电场的畸变作用越大,流注前端最大电场强度数值越大,导致流注平均沿面发展速率以及流注端部到达阴极时的发光强度越大;绝缘介质介电常数越大,介质表面电荷密度越大,流注通道内部电荷更易附着,流注前端最大电场强度值越小,导致流注平均沿面发展速率以及流注到达阴极时的发光强度越小。     

复合绝缘子护套破损的电场分布仿真分析

复合绝缘子是目前输电线路使用量最多的一类绝缘子,研究其存在表面缺陷时的电场分布特性具有重要意义。建立起护套完好状态、不同破损位置及程度时的电场仿真模型,计算可知:绝缘子串高压端护套发生破损时,破损边缘的表面电场强度相比周围明显增大,沿面电场曲线在相应位置会上升;护套破损得越严重,对表面场强和沿面场强的影响越大。     

渭河流域水沙演变规律分析

近年来大规模的水利水保措施的实施使得渭河流域产流产沙条件发生了明显变化。因此,分析该区的水沙变化特性具有重要意义。根据渭河流域1960-2010年共51年的实测水沙资料,运用滑动平均法、Mann-Kendall法等分析了流域的水沙演变特征以及水沙关系。结果表明:渭河水沙年内分配不均匀,水沙系列均呈现显著的下降趋势。相关分析显示径流量的平均变化率是-1.2163亿m~3/年,输沙量的平均变化率是-0.0742亿t/年。径流量在1989年发生了突变,输沙量的突变点发生于2002年。流域径流量和输沙量呈现正相关关系,汛期水沙相关性高于非汛期,不同时间段的水沙相关关系具有明显差异。人类活动通过改变下垫面条件,作用于水沙关系,使得流域水沙双累积曲线在1984年和2002年发生了改变。     

弯曲河流裁弯后牛轭湖进口淤积模型

根据2011—2017年黄河源野外调查,发现若尔盖黑河流域牛轭湖进口段以推移质淤积为主,但是其淤积过程与主控因素却不明晰。通过分析裁弯后牛轭湖进口段的推移质淤积过程及其影响因素,构建相应的简化物理图形,建立其进口段推移质淤积过程的理论模型,并采用野外观测数据验证。数值计算表明,进口段的淤积速率是上游来沙量、沙栓长度和原河道分流角的函数,即沙栓越短、上游来沙量越大和分流角越大,牛轭湖进口淤积完成所需时间越短。概化模型用于模拟黑河上游麦曲的某个牛轭湖进口段淤积过程,其计算值与实测值较符合,但也存在一定误差,主要因为该牛轭湖形成后经历了2013—2016年的洪水期,其来流量与输沙量是非恒定,且存在较大变幅。     

挖粗沙减淤在三峡水库中的数值模拟研究

＂固定河段挖粗沙＂是水库可行的减淤方式之一。以三峡水库为例,利用水流泥沙数学模型研究挖粗沙后水库的减淤效果及过程。计算结果表明,在三峡回水末端设置约10km长度挖沙段进行挖粗沙（d〉0.1mm）,使水库百年淤积总量由177亿m3降至140亿m3左右。挖沙段集中拦截了入库的大部分粗沙,通过改变河道坡降、流速和挟沙力等水力条件,使库区淤积面与回水面同时降低,减淤效果延伸至整个水库,减淤效率很高。在库区设置固定河段持续清除粗沙是一种高效可靠的水库减淤方式。     

不同截流程度下涡街流量计的流动特性研究

对于涡街流量计的旋涡发生体的仿真研究主要集中在形状和尺寸上,但在现场复杂工况环境的情况下,发生体的位置并不是固定不变的,会存在安装偏差。为了很好的分析发生体安装偏差带来的信号强度发生变化的问题,确定不影响信号强度的最大偏差角度,采用三角柱型发生体,在Ansys＋Workbench＋FLUENT 数值仿真软件平台环境下,根据涡街流量计的实际物理结构尺寸建立仿真模型,并对其进行网格划分、求解,将仿真得到的升、阻力频率相比较,得出阻力频率正好是升力频率的2倍,表明可以利用FLUENT软件对涡街流量计进行三维流场数值仿真。最后利用FL U EN T软件,通过改变管截面与截流面的夹角,在低、中、高速流速下,对其进行取压,将得到的信号强度和频谱分布进行比较分析,得出夹角与信号强度的关系：夹角在1°～7°范围,对信号强度的影响不大,超过7°以后影响变大。     

西北内陆河流域用水总量控制及治理效果评估——以黑河及石羊河为例

在西北内陆河流域实施用水总量控制和流域重点治理可促进水资源可持续利用和生态环境恢复改善。本文建立了用水总量控制及流域治理效果评估指标体系,通过量化指标评分值和指标权重,采用加权平均方法进行综合评估,并在河西走廊黑河流域和石羊河流域进行应用。结果表明,该方法能较全面反映流域用水总量控制及治理的实施情况,便于以结构化和定量化的方式分析存在的问题,可为加强流域用水总量控制体系建设和完善流域治理提供依据和支撑。综合评估结果显示黑河流域和石羊河流域用水总量控制的绝大部分目标已经实现,流域重点治理任务基本完成,用水总量控制体系建设及流域治理总体成功。     

电网换相换流器和电压源换流器串联组成的混合直流换流器控制和保护研究

基于电网换相换流器和电压源换流器串联的混合直流换流器在克服交流故障时的换相失败和直流故障时的重启动具有优势。分析了该混合直流换流器运行方式、控制策略、电压源换流器保护原理、抵御换相失败原理和直流线路重启过程,认为由该混合直流换流器组成的高压直流输电系统,可克服传统直流和柔性直流输电的主要缺点。当逆变侧的交流系统发生故障时,电压源换流器可提供电压支撑来抑制直流电流增加,缓解电网换相换流器换相失败效应。当直流线路发生故障时,逆变侧电网换相换流器可阻断电压源换流器产生的故障电流,具备直流线路故障重启能力。另外,电压源换流器还为电网换相换流器提供无功功率,从而减少换流站无功设备配置。     

黄河上游不同用水情景下可调输沙水量概念探析与估算分析

近年来,黄河上游水沙关系不断恶化,造成沙漠宽谷河道淤积、萎缩现象日益突出,严重制约和影响了黄河上游防凌安全及水能资源综合开发与有效利用。黄河上游梯级水库的联合调度运行,是缓解河道泥沙淤积、发挥水库水沙调控效益、从而提高危险断面过流能力的有效技术措施之一。此文在初步探析黄河上游可调输沙水量基本概念的基础上,阐明了可调输沙水量与水库可调水量之间的相关关系,进而通过计算黄河上游龙羊峡水库1987~2010年可调水量,探讨了满足综合用水需求和发电用水需求两种情景模式下的黄河上游历年可调输沙水量及水库水沙调控效益。结果表明:满足黄河上游综合用水需求情景下,龙羊峡水库富余水量可完全满足下游河道输沙用水需求;满足发电用水需求情景下,发电用水不能集中下泄,导致水库水沙调控效益不明显。若需实现河道调水调沙任务,则应适当降低电站出力需求。研究成果为进一步缓解黄河上游水沙关系、制定水沙调控方案提供了科学合理的理论指导依据。     

循环水泵流道研究与应用

由于安装位置的限制,某电厂循环水泵房和机力通风塔的水平距离仅十余米,纵向落差达4.6 m,采用2次转弯达90°的暗涵流道来连接机力塔水池和吸水室,导致吸水前池进流条件较为恶劣,其对循环水泵的运行效率和安全影响十分突出。为解决这一问题,进行了水工模型试验。结果表明,在吸水室前部布置足够深度的胸墙后,能够有效消除上游弯道进流引起的环流,水流经胸墙调整后变得均匀稳定,而胸墙布置深度是优化吸水室流态的关键参数,为此进行了多方案试验,选择出最佳胸墙布置深度,使循环水泵吸水管管内涡角平均值降至零左右,基本消除喇叭口附近及吸管内水流的旋转流动,吸管喇叭口进流稳定,流速分布更为均匀,能较好满足水泵高效、稳定的运行要求。此外,还对事故停泵工况进行了研究,给出2种循环水泵吸水室排气的设计方案。将试验所得优选方案运用于工程实践,效果良好。     

Theoretical and experimental validation of evacuated tubes directly coupled with solar still

Experimental study of evacuated tubes coupled solar still in the climatic conditions of Mehsana, a region of North Gujarat, India during summer and winter climate conditions has been made. Experimental setup was made by authors. Fourteen double-walled hard borosilicate glass tubes have been used. Evacuated tubes were inclined at angle of 45° from horizontal. Outer tubes of evacuated tubes were transparent, inner tubes were coated with a selective coating of Al-Ni/Al compound for better solar radiation absorption and minimum emittance. It has been shown that evacuated tube attachments to the solar still increased the water temperature inside the solar still for increment in the generation of distillate output. Evacuated tubes coupled solar still is not only produce distilled water during sunshine hours, but also off-sunshine hours due to heat storage effect. For the validation of the experimental results, a theoretical model is proposed based on the fundamentals of heat and mass transfer equations for solar still glass cover, water in basin and basin bottom. Two main statistical parameters—root mean square error and mean bias error—were calculated to compare the results of experiments and theoretical analysis. Closed matching of the experimental and theoretical results has been found.     

立轴旋涡的环量分析

环量是形成立轴旋涡的主要影响因素,对环量进行定量分析,有助于进一步了解旋涡的生成规律和消除原因,目前这方面的研究成果不多。某工程溢洪道进口试验产生立轴旋涡,导致水位抬高,不能满足泄洪要求,通过设置防涡墩消除了旋涡;对这有无防涡墩两种情况进行数值模拟,分析环量的变化规律,计算和试验较为吻合。结果表明:串通旋涡稳定后,水面的环量随积分曲线半径增大而增大,水气交界面的环量则随高程降低而减小;旋涡形成过程中水面的环量逐渐增大,旋涡稳定后环量也基本不变;防涡墩的存在阻碍水流旋转,使得环量大幅度降低,可有效地消除立轴旋涡。