正冲击射流脉动壁压的正交分解与低阶近似

为更好地了解冲击射流脉动壁压的统计特性,通过实验对其脉动壁压强度与频谱特性进行了研究,并对冲击射流脉动壁压时序信号的正交分解与低阶近似进行了探讨。根据实验结果得到了脉动壁压强度的拟合公式,其壁压表现为窄带低频过程。     

CHARACTERISTICS OF CORRELATION AND SPECTRUM BETWEEN WALL FLUCTUATING PRESSURE AND FLUCTUATING VELOCITY OF IMPINGING JET

The correlation, the spectrum and the turbu-lent scale between wall fluctuating pressure and fluctuating ve-locity, on the bed of plunging pool under the action of single and twin impinging jet, are investigated in the paper by using 2-D LDA and the dynamic pressure scanning system of multi-ple points. It is found that the cross correlation between the horizontal fluctuating velocity and the fluctuating pressure of twin jet is bigger than that of sinlge jet, and the spectrum be-tween horizontal fluctuating velocity and fluctuating pressure obviously has approximately dominant frequency. The rela-tionship between the fluctuation pressure coefficient on wall and the turbulent intensity near the wall can be described with logarithmic curve.     

水下航行体壁面脉动压力的大涡模拟研究

湍流壁面脉动压力是重要的水动力噪声源,开展相应的计算与试验研究十分必要。作者在大涡模拟的理论框架下,结合精细网格生成技术,对于水下航行体的壁面脉动压力进行了数值预报。首先,详细描述了所使用的大涡模拟方程与动态Smagorinsky亚格子模型,介绍了离散求解的数值方法。其次,利用大涡模拟计算了SUBOFF模型主体与附体上的表面压力分布,并利用试验结果进行了验证,分析了大涡模拟方法计算定常流动的可靠性。再次,计算了平板的湍流壁面脉动压力,并与CSSRC的消音风洞试验结果进行了对比,分析了大涡模拟方法计算非定常流动的可靠性。最后,对于水下航行体模型主体上三个位置与围壳上四个位置处的壁面脉动压力进行了大涡模拟,得到了脉动压力1/3OCT频谱,分析了频谱高频与低频特性以及衰减特性,并用试验结果进行了验证。研究表明,本文建立的水下航行体壁面脉动压力的数值预报方法是可靠的。     

气液两相流压力波动特性

压力波动是两相流动的固有特性，研究波动规律对实现两相流动的智能监测有重要意义。本文采用统计学原理和确定性混沌学中的分形理论，对垂直上升空气水两相流的壁面静压力波动过程进行了研究，分析了表观液速对统计特征和分形特征的影响规律，首次发现环状流内高气速时压力波动的分维数大于1．5。     

APPLICATION OF LYAPUNOV EXPONENT SPECTRUM IN PRESSURE FLUCTUATION OF DRAFT TUBE

The Lyapunov exponent spectrum is firstly applied in the analysis of pressure fluctuation of draft tube and calculated based on the time series of vibration in experiments for different situations. Results shows that the Lyapunov exponent spectrum varies with the setting of guide vane, So the Lyapunov exponent spectrum can be used to judge the pressure fluctuation of draft tube so as to timely adjust the setting of the guide vanes to reduce the damage caused by the vibration.     

三峡船闸输水阀门支铰荷载特性

 通过几何比尺17的阀门段水力学模型试验，测量了在阀门运行过程中三峡船闸输水阀门支铰荷载， 并分析了其脉动量的数值及频率特性。成果分析表明：支铰力量值主要由阀门前后压力差及有效受力面积决定；阀门全关时受起始水头作用引起的支铰力是阀门开启过程中支铰最大荷载点；阀门动水关闭可能引起的阀门前后实际作用水头超过起始水头会造成支铰承受更大的荷载，是设计应特别注意的工况。与支铰时均荷载相比，支铰力脉动量较小，其优势频率与门后压力脉动的优势频率较吻合，两者的功率谱密度均表现为具有低频优势分量的宽带噪声谱。     

导墙动水压力特性研究

介绍三峡水利枢纽溢流坝段与厂房坝段之间导墙的动水压力试验研究情况。 给出了不同库水位泄洪工况下, 水流作用在导墙上的时均压强、脉动压强及他们的分布规律、脉动频率的统计特性等试验成果。 认为: 时均压力的分布基本符合静水压力分布的规律; 脉动压力的幅值在漩滚区较大, 沿水深的分布是近表和近较小,中间较大; 导墙边壁上水流的压力脉动是一种窄带低频脉动。     

Flow induced structural vibration and sound radiation of a hydrofoil with a cavity

The structural vibration and the sound radiation induced by the flow over a cavity on a hydrofoil are investigated experimentally and numerically. The large eddy simulation(LES) is adopted to calculate the flow field and the pressure fluctuation characteristics. A coupled finite element method/boundary element method approach is used to analyze the hydrofoil vibration and the structure-borne noise. The flow noise is calculated using an acoustic analogy by considering the surface pressure fluctuations as the dipole sources. A hollow hydrofoil with an orifice supported by four cylinder rods is constructed for the experiments. Modal tests are performed to obtain the natural frequencies of the hydrofoil in air and water. The vibro-acoustic experiments are carried out in the water tunnel at various free stream velocities with the orifice open and closed. A pressure transducer is used to measure the pressure fluctuations behind the downstream edge of the orifice. The triaxial accelerometers mounted on the side walls are used to measure the vibrational response of the hydrofoil. Furthermore, a hydrophone located in a box, filled with water is used to measure the sound radiation. The structure-borne noise and the flow noise are identified by their frequency properties. Reasonable agreements are observed between the numerical predictions and the experimental measurements.     

剪切紊流中颗粒运动的数学模型和实验研究

本文利用Lagrangian方法建立了剪切紊流中颗粒运动的脉动频谱随机轨迹模型，其中流体脉动速度采用Fourier级数和湍流脉动能谱来确定。数值计算结果与实验结果的对比分析表明，该模型能够很好地描述颗粒在剪切流中的运动。     

水轮机压力脉动的测试分析与评价

近几年来,国内外一些新投入运行的大型电站在稳定性运行方面遇到了不少问题,有的已经解决,有的则还没有找到问题的原因,影响了电站的稳定运行。三峡水电站2003年已有多台机组投入运行,其将来能否安全稳定运行是人们共同关心和担心的问题。针对水轮机的稳定性问题,国内外进行了大量的研究工作,水轮机的压力脉动无疑是最受关注的问题之一。但是,     

高含沙水流脉动特性试验研究

以某工程的表孔为依托,建立1∶100单体模型。通过配置不同含沙量的水流,对水垫塘底板含沙水流的脉动压强进行试验。结果表明,在试验范围内,水流条件不同,含沙量对脉动强度的影响不同:水流条件较强时,脉动压强随着含沙量的增大,呈现先减小后又增大的趋势,含沙水流最大脉动压强比清水最多减小24.73%;水流条件较弱时,脉动压强随着含沙量的增大,呈现先增大后减小的趋势,含沙水流最大脉动压强比清水最大增加78.74%。冲击区含沙水流脉动压力分布比清水更接近正态分布,脉动压力能量大部分集中在0.4 Hz以内,功率谱无明显的优势频率,水流主要以低频大尺度漩涡为主。通过对高含沙水流水垫塘底板的脉动压强进行观测,总结分析了不同因素影响下高含沙水流脉动压强特性的变化规律,为相关工程提供参考。     

水流脉动压力的小波分析研究

利用小波分析对试验所测得的水垫塘边坡脉动压力信号进行小波包的完全分解。对分解所得的各个频段的信号的方差进行统计分析。结果表明，分解前后信号的能量是守恒的，脉动能集中在低频段，其分布规律与用傅里叶变换计算的功率谱一致。水垫塘较低高程处脉动压力具有较大的能量，该处旋涡的尺寸相对较大，测点间存在较大的相关性；在较高处测点间相关性不大，旋涡尺寸相对较小。     

掺气水流脉动压力作用下板的随机响应

本文采用试验与数值计算相结合的方法研究了掺气水流作用下板的振动问题。在研究中，首先对掺气水流作用下的板进行了线模态识别，确定了流弹系统的模态参数。并根据实测的脉动压力，利用相干尺度的概念在节点上聚合连续随机荷重，然后对板进行了有限元分析，并与实测结果相对比。研究的结果表明:利用相干尺度来分析连续随机荷重的耦合是可行的，同时，掺气水流对于弹性系统的附加质量很小，小于原连续水流附加质量的10％。     

消力池导墙脉动壁压的正交分解与低阶近似

为进一步了解水流作用于消力池导墙上脉动压力的特性，通过模型实验获得了作用于消力池导墙上的脉动壁压信号，讨论了消力池导墙脉动壁压的统计特性。将正交分解与低阶近似方法引入到消力池导墙脉动壁压的研究中。实验与计算结果表明，作用于消力池导墙上的脉动压力强度的最大值与上、下游水位差有关，而且消力池导墙上脉动压力时均信号可以用正交分解进行描述。     

双股射流壁面脉动压强与近壁紊动流速相关与频谱特性

本文用多通道动态压力检测系统和二维激光测速仪对在单股和双股射流作用下,水垫塘底板脉动压强与近壁脉动流速的相关,功率谱和紊动比尺进行了测试研究。实测表明,双股射流形成的动水扩建在塘底水平方向的脉动使得双股射流在第二冲击点下游的脉动量特性与单股射流不同：前者的水平脉动速度与脉动压强的互相关系数较后者明显增大,且水平脉动速度和脉动压强的功率谱具有大致相同的优势频率。单股和双股射流塘底脉动压强系数与近壁紊     

高水头附环闸门水力特性及闸门启闭力试验研究

结合某水电站泄洪中孔在140 m水头条件下的附环闸门,采用模型试验的方法对其相关水力特性,包括流速达40 m/s量级的门槽区水流空化特性、附环闸门启闭过程中的门槽区水力变化特性、门后通气设施的掺气效果、闸门启闭力等进行研究。实验中测量了门槽段的时均压力分布、脉动压力与能谱以及附环事故闸门后通气管风速等。结果表明:附环闸门不会造成水流空化现象,且错台高度控制在0.02 m设计范围内其安全性能有保障;在闸门闭门过程中,闸门连接杆先承受拉力后承受压力,可据此选择相应的闸门启闭力容量。     

双吸离心泵泵站压力脉动与振动特性现场试验研究

双吸离心泵运行时,动静干涉会引起特定压力脉动,其频率为叶轮转频与叶片数相乘,即叶频。前期研究表明叶频压力脉动主要产生于压水室的隔舌区域,是引起水泵机组和泵房振动的重要激振源。为了揭示双吸离心泵系统压力脉动和振动特性的关系,开展了泵站压力脉动和振动特性的现场试验。通过在泵基础、出水管和泵房楼板位置布置振动传感器,同步测量了泵出口阀门不同开度下和泵启动开阀过程中的振动信号,借助时频分析方法开展了泵房振动信号的溯源分析。分析结果表明:在稳态工况中,水泵压力脉动和振动的相干性主要表现在转频、叶频及其倍频,且叶频压力脉动具有向上游衰减快,向下游衰减慢的特点;在启动工况中,水泵压水室压力脉动与基座(特别是垂直方向),甚至泵房出水侧楼板振动在叶频和转频处表现出相干性。根据现场测试结果认为,干室型双吸离心泵泵房在设计时,需要重点关注水泵叶频压力脉动作用下出水侧楼板等泵房结构的动力学响应问题。     

上游串联双调压室系统合理尺寸选择的研究

为了研究上游串联双调压室系统(主调压室为阻抗式,副调压室为简单式)合理的主、副调压室尺寸,结合长引水隧洞水电站工程实例,采用水锤计算的特征线法,运用过渡过程软件建立模型,对压力引水系统过渡过程进行计算研究。分析了主、副调压室不同直径组合下的调压室最高涌浪水位、波动衰减率和蜗壳末端最大水锤压力的变化规律。研究表明:对于布置双调压室系统,随着副调压室直径增大,主调压室阻抗孔对水锤压力的影响减弱;阻抗孔直径有一个临界值点,低于该点,副调压室最高涌浪水位随阻抗孔直径的增加而降低,高于该点,则上升;若副调压室直径过大,则主、副调压室水位波动衰减较慢。研究结论对类似工程合理地选择主、副调压室直径有一定参考作用。     

三维非定常湍流尾水管涡带数值模拟

采用全流道三维非定常流动数值模拟方法,研究了混流式水轮机在部分负荷工况运行时,尾水管涡带在尾水管内引起的压力脉动现象。计算工况为典型的部分负荷工况,单位转速为70.52r/min, 单位流量为0.679m3/s。计算结果表明在4个计算点都得到了涡带低频压力脉动：频率为0.333Hz, 是转频1.25Hz的1/3.75,相近工况（n11=71.25r/min,Q11=0.689m3/s）模型试验测得涡带频率为5.31Hz, 是转频18.62Hz的1/3.51,从涡带频率看计算结果与试验测量结果一致。研究成果表明数值模拟方法是可行的,可以在设计阶段预测尾水管内涡带压力脉动的特性。     

水电站混合型调压井水力特性数值模拟研究

混合型调压井水流流态复杂,常规解析法和图解法均不能精确求出混合型调压井涌浪水位波动、压力差变化、调节保证变化等。基于数学模型进行混合型调压井水力特性数值模拟,并通过模型试验验证数值模拟成果可靠性,论证混合型调压井可行性。结果表明:数值模拟和模型试验基本吻合,数值模拟成果是可行的。调压井最高涌波水位低于调压井顶高程,最低涌浪水位大于需要最小淹没水深,调压井底板受到的向上最大压力差较小,水位波动经过上下往返运动,波动不断减少,最后稳定。机组转速、蜗壳和尾水管压力均在合理的范围内,因此调压井底板高程和顶高程、阻抗孔口大小、稳定断面设计是合理的。