电站运行大课堂

四、预防水轮机产生汽蚀的主要措施 要做好水轮机汽蚀的预防工作，首先应了解引起水轮机汽蚀的主要原因。水轮机产生汽蚀的原因比较复杂，一般认为：由于水轮机内部水流压力的降低，当水轮机中某一局部区域的水流压力降低到饱和蒸汽压力时，水就发生汽化，出现大量的气泡。当水流流到高压区时，由于压力增大，气泡凝结，     

泄洪振动分析中脉动压力的模拟

在泄洪振动分析中关键之一是确定作为激励荷载的水流脉动压力，对于一定泄洪工况下的水流脉动问题，可以作为平稳高斯过程处理，结合脉动功率谱图，按照三角级数模型可以模拟水流脉动压力的过程线，从而实现对结构的泄洪振动分析，本文结合工程实际，采用计算程序模拟脉动压力进行泄洪振动分析，对解决类拟问题有一定的参考价值。     

抽水蓄能电站引水系统几何特性对蜗壳最大压力的影响

抽水蓄能电站蜗壳最大水锤压力关乎管道的强度及机组的安全稳定运行，与引水系统几何特性密切相关。基于刚性水锤理论，定性分析了引水系统主/支管长度和横截面面积对蜗壳最大压力的影响规律，并针对实际工程开展了上述引水系统几何特性变动下的过渡过程数值模拟和验证。结果表明：蜗壳最大压力取决于引水管道中的水流惯性，引水管道总水流惯性越大，甩负荷工况下蜗壳最大压力越大；引水管道总长一定、主管与支管横截面面积之比大于2时，增大引水主管长度或增大管道横截面面积，可减小总的水流惯性，从而减小蜗壳压力；引水支管的长度一定时，减小引水主管长度或增大管道横截面面积，可减小总的水流惯性，从而减小蜗壳压力。     

掺气水射流的空化及其应用

基于两相流体动力学的理论，建立空蚀射流切割装置中短管内的压力变化梯度的基本方程式；通过求解不同流速与不同掺气量时的短管内压力变化结果，分析了初始掺气率和水流流速对短管内压力坡降的影响；为增高水射流的切割效率提供理论依据；研究表明，若水流马赫数接近于1，短管内将产生巨大的压降，促使出口水流产生空化，通过利用高速水流并控制吸入适量空气，形成的空蚀流可提高水射流的切割效率。     

水击压力对泄洪输水隧洞结构配筋的影响

水工隧洞设计时，通常将水流势能作为计算依据，常常忽略了水流动能在闸门关闭时形成的水击压力对隧洞结构配筋的影响。以某水库正常蓄水位工况下泄洪为例，计算不同闸门关闭时间产生的水击压力，从而分析得出水击压力对泄洪输水隧洞配筋影响。     

WES堰消力池底板脉动压力与噪声耦合试验

通过试验在不同流量和不同下游水位下对WES溢流堰消力池底板的脉动压力和水流噪声进行测量,研究WES溢流堰消力池底板水流脉动压力与水流噪声的关系。结果表明:水流脉动压力及噪声值都随流量的增大而增大,消力池底板水流脉动压力与噪声值有一定的相关性,脉动压力值最大断面与消力池噪声值最大断面相同,但变化趋势不完全相同;水流与固壁之间的相互作用和水流紊动是引起水流噪声的主要因素。     

溢流坝流激振动响应计算方法

为计算方便，将作用在坝体上的水动力荷载分解为两个部分，即由于水流紊动而产生的水流脉动压力和由于坝体振动引起附加扰动流场而产生的动水压力。计算时用定义在频域上的相干函数来分析模型试验测得的脉动压力在各个结点之间的时空相关性，同时考虑了脉动压力在不同频率分量上相关程度的不同，形成脉动水流的结点荷栽，基于此建立了模型实验和数值计算相结合的溢流坝结构流激振动响应计算方法。     

泄流的压力脉动及其概化设计

泄流脉动压力的谱密度可以分为四种基本类型，每种类型都与水流的内部流劝结构和流态有关，并存在着大敌的对应关系。同类泄水建筑物在类似泄水条件下的压力脉动特性存在统计规律性。本文根据大量原型观测资料归纳分析了十种常见泄流条件下的水流脉动压力特性，并为有效在分析研究压力脉动的各种效应，提出了压力脉动概化设计的新思想和具体方法。     

多孔溢洪道泄流三维数值模拟

为了充分体现闸墩对过坝水流的影响，采用有限体积法对含多个孔和多个闸墩的溢洪道进行了水流的三维数值模拟，采用k-ε紊流模型，利用VOF方法处理自由水面，给出了泄流能力、水面线和压力分布。数值模拟结果与模型试验结果对比表明，使用的模型能精确的模拟溢洪道的过坝水流。计算发现，溢洪道不同孔由于受闸墩、边墩等的影响，过坝水流的水面线、坝面压力有着一定的差异，从而为溢洪道的水力设计提供可靠的设计依据。     

冲击式水轮机及其选择方法

冲击式水轮机利用水流动能做功，水流能量的改变全在于动能的减少，而水流压力并不发生变化，这是与通常的反击式水轮机不同之处。因而其选择方法也有自身的特点，关键在于每喷嘴比转速ｎｓ１的选择与射流直径ｄ０的计算。     

水工弧形闸门水流脉动压力特性的试验研究

弧形闸门属轻型结构,其振动、稳定性等直接与水流脉动压力相关。为研究弧形闸门上水流脉动压力特性,在试验室内开展了一系列模型试验,通过对闸门面板上大量测点水流脉动压力数据的系统分析,获得了水流脉动压力幅值和频率在闸门面板上的分布规律,以及闸门开度、上下游水位变化对脉动压力的影响。     

水工弧形闸门水流脉动压力特性的试验研究北大核心

弧形闸门属轻型结构,其振动、稳定性等直接与水流脉动压力相关。为研究弧形闸门上水流脉动压力特性,在试验室内开展了一系列模型试验,通过对闸门面板上大量测点水流脉动压力数据的系统分析,获得了水流脉动压力幅值和频率在闸门面板上的分布规律,以及闸门开度、上下游水位变化对脉动压力的影响。     

消力池护坦板上水跃脉动压力的特性分析

中高水头泄水建筑物泄水时,由于高速水流内部的紊动特性等原因,水流存在脉动现象。这种脉动现象在水流内部表现为流速脉动和压力脉动,而反映在固体边界上,则为压力的脉动。水工建筑物的振动和空蚀都与水流压力脉动的频率和幅值有着密切的关系。因此,脉动压力的研究日益引起人们的重视。而水流脉动压力对坝体、厂房顶溢流面板和消力池底板等建筑物的影响尤其令人关注。但是,引起水流脉动的原因极其复杂,它的内部实质还未     

泄水建筑物水流脉动压力分析实例

本文对水流脉动压力随机过程作了基本假定，以此探讨了脉压随机数据处理方法及电算程序。文中主要结合我院国内外一些工程的研究成果，分析了陆槽、排水井、隧道等各种泄水道及不同类型消力池底板的水流脉动压力特性与分布规律；特别是对比了高速泄槽设掺气坎前、后脉动压力特性的变化。     

闸墩端部型式对水流流态影响的有限元分析

利用强大的有限元分析工具ANSYS软件对过闸水流进行流体动力分析，比较不同闸墩端部型式对水流流向、流速分布及动水压力变化的影响。     

水库放空兼导流洞水压力分布研究

导流洞是重要的水工建筑，水力特性复杂多变。以某水库为研究对象，进行水库放空兼导流洞水压力分布研究。结果表明，3种工况下，水流流经龙抬头段时，水流流动紊乱，流态非常复杂，在运行过程中会出现明满流交替的现象。龙抬头段调整后，有压段压力变化剧烈和龙抬头段明满流交替的问题得到解决。     

压力梯度区空化特性试验研究

选择二元反弧明流，对压力梯度变幅大、水流结构复杂的反弧段及其下游的水流进行了空化研究。结果表明，随紊流边界层的发展，下切点和水平段连结处，局部绕流速度增大，压力大幅降落，水流紊动加剧，边界层中心附近紊流强度和切应力均达最大，空化数最小，因而，是空化易发部位     

黔中水利枢纽工程泄洪放空洞弧形工作闸门时均压力和脉动压力特征研究

目前我国水利工程建设已经进入高峰期,高水头闸门的设计和施工中经常会遇到高速水流问题,因此高速水流对闸门在不同开度下引起的时均压力和脉动压力是我们必须研究的问题。时均压力和脉动压力对闸门的震动、空蚀和冲刷都有着密切的关系,由于实际工程的复杂性,多数工程中的高速水流对闸门问题很难用理论分析求得解答,通常是由实验量测。通过物理模型实验与理论分析相结合的方法是解决水流时均压力和脉动压力问题的一种有效方法。     

虹吸式出水管虹吸形成过程的壁面压力及脉动特性

通过物理模型试验测量虹吸式出水管在虹吸形成过程中典型断面的压力过程线，采用邻域平均法提取脉动压力数据，采用统计特征和短时傅里叶变换信号处理方法分析时均和脉动压力特征。结果表明：管壁时均压力沿水流方向先减小后增大，驼峰段的上壁面时均压力随着流量增大逐渐大于下壁面；虹吸形成过程中，压力脉动呈正偏态分布，均方差沿水流方向不断降低；压力脉动主要由水泵旋转和水气运动引起，频率在0～30 Hz之间，主频与水泵转频相近；相比虹吸稳定流阶段，水力驱气阶段存在的气囊压缩和释放过程使得压力脉动频率及幅值上升，接近泵站系统自振频率，容易产生结构振动，需要通过设计和运行的优化减少该阶段的持续时间。     

科研、教学简讯

为适应生产与科研的需要,近年来,水利水电科学研究院水力学研究所在高速水流脉动及水工建筑物的振动问题作了一系列工作。为研究大渡河二滩水电站厂房顶溢流时高速水流引起厂房结构振动问题,进行了建筑物断面模型试验。量测了水流压力脉动强度及谱特性(包括建筑物表面一些特征点的水流压力脉动特性,以及一些局部表面所受总压力的脉动特性),然后,将水流压力脉动特征值作为输入数据,利用随机荷载下建筑物结构振动二维有限元程序,计算出二滩水