宽尾墩体型对高拱坝表孔最大水深的影响

宽尾墩应用于高拱坝表孔后会增大流道水深,从而一定程度上增大工程量,同时过高的边墙也会增大结构设计难度。为探究表孔最大水深与宽尾墩体型之间的关系,采用数值计算的方法,分析宽尾墩收缩比、收缩率、堰面俯角等体型参数对高拱坝表孔最大水深的影响。结果表明,表孔最大水深随着收缩比的增大而显著减小,而收缩率的影响则相对较小;得出了表孔流道最大水深与宽尾墩体型参数之间的定量计算式,并提出了一个综合影响系数k来判别急流冲击波交汇点位置,可为表孔宽尾墩的结构设计提供参考。     

大坡度、紧凑型溢流坝中墩水翅消减研究

针对大坡度、紧凑型溢流坝中墩尾部水翅问题,基于某水库工程实例,采用物模试验和数值模拟方法对3种中墩体型进行了对比研究。结果表明,两孔水流在体型1传统中墩后交汇对冲形成了大尺度偏向左岸的水翅和墩尾空腔;体型2消减大坡度、紧凑型溢流坝中墩尾部水翅作用有限,且墩后空腔有所增大;体型3中斜尾墩采用大侧收缩角、小顶面夹角结构设计,有效消减了墩后横向流速峰值和水翅规模,下泄水流更加平顺,溢流坝面和消力池入池流态显著改善,可供类似工程参考。     

高拱坝无碰撞泄洪表孔水舌纵向拉伸方法试验研究

为实现峡谷中高拱坝表、中(深)孔无碰撞消能,需在坝身孔口布置中引入收缩式消能工,但表孔水头低,出口流速低,单一措施很难实现水舌纵向拉伸。对此,采用1∶50整体水工模型试验,通过设置三种表孔出口体型,研究了某高拱坝表孔水舌纵向拉伸方法。结果表明,除宽尾墩外,楔形体应用于高拱坝表孔也可实现水舌纵向拉伸;调整表孔底板坡度可为水舌纵向拉伸创造条件,对表孔底板出口进行一定尺寸透空可进一步纵向拉伸并稳定水舌;随着水舌纵向入水长度的增加,流量分布更均匀,水垫塘底板冲击压强峰值亦随之减小。     

高拱坝表孔闸墩侧面拉应力影响因素分析

高拱坝泄洪能力大,泄洪表孔尺寸大,结构复杂,荷载作用下闸墩内侧面往往会出现很大的拉应力。为此,采用ANSYS有限元方法计算研究温度荷载、弧门推力、坝体上游静水压力等因素对高拱坝泄洪表孔闸墩侧面拉应力的影响,通过改变闸墩厚度及在坝体上游与闸墩外侧交接处增设局部放大体来研究其对闸墩侧面拉应力的影响。结果表明,温度荷载及弧门推力对闸墩侧面拉应力影响不大,坝体上游面静水压力引起拱坝由两岸向坝顶泄水表孔变形是引起闸墩内侧面拉应力大的主要原因;增加闸墩厚度和增设局部放大体两种方法均可有效减小闸墩内侧面的拉应力,且后者混凝土用量少,节约材料。     

有重力墩拱坝的优化设计研究

复杂工程地质条件的拱坝常设置重力墩结构,针对拱坝及其重力墩的体型对整体工程安全性和经济性的影响,以坝体-重力墩混凝土方量为目标函数,将《混凝土拱坝设计规范》要求的限制倒悬度、主应力、中心角等作为约束条件,基于ANSYS有限元分析软件的计算模块和优化设计模块进行二次开发,并采用复合形法作为拱坝优化设计的基本算法对拱坝进行优化。结果表明,拱坝体型优化后混凝土体积比初拟体型体积减小12.00%,具有一定的工程实际意义。     

低弗劳德数宽尾墩多级消力池三维数值模拟

低弗劳德数二元水跃消能效率低,当无尾坎消力池受地形限制,其长度较短且下游水位较低时水跃无法稳定在消力池内,消力池下游护坦承受较大冲刷压力,甚至护坦出口水流余能对下游河床造成严重冲刷。对此,提出采用宽尾墩联合尾坎消力池来改善消能效果,并采用RNGκ-ε紊流模型结合自由面追踪的VOF方法对宽尾墩联合尾坎消能工的水流流场进行三维数值模拟,通过宽尾墩与平尾墩、设置尾坎与不设置尾坎的综合对比分析得出,采用宽尾墩联合尾坎消能工的消能体型可有效调控水流并提高水流的消能效率,明显改善消力池内水流流态,有效减少对护坦及下游河岸冲刷。研究成果可为类似工程提供借鉴。     

出山店大坝泄洪消能防冲数值模拟研究

针对出山店大坝泄洪水头低、单宽流量大,采用非完全宽尾墩(宽尾墩与平尾墩间隔布置)方案解决消能防冲问题,采用FLOW-3D软件对宽尾墩尾端折角、泄洪闸门开启顺序、下游河床冲刷形态进行模拟,并与物理模型试验结果进行对比分析,验证模拟方法的可靠性的同时对宽尾墩体型、闸门调度方案进行优化。结果表明,优化后的宽尾墩能明显提高消能效率;采用平尾墩闸门先开,宽尾墩闸门后开的闸门开启顺序能减小闸门开启过程中消力池底板受力;泄洪过程中,宽尾墩闸门泄洪对下游河床冲刷小。     

具有新型双层壁结构的透平叶片流热耦合研究

多通道壁面射流冷却结构是一种新型的燃气透平动叶内部冷却结构,具有消耗冷气少、压力损失小等优点。本文构建了简化的壁面射流冷却叶片与GE-E3冷却结构叶片模型,采用流热耦合方法对比研究了其流动与换热特性。结果表明,壁面射流冷却通道内的狭小空间抑制了横流的产生,冷气在冷却通道中形成了流向涡;前缘冷气流道中的大量冷气流经吸力侧冷却区,并从出口压力更小、面积更大的尾缘排出,使得前缘气膜孔出流的冷气流量和动量较小,冷气在叶片外表面的气膜覆盖特性更好;离心力的影响导致前缘冷气流道中叶根处的压力较低,叶根附近的气膜孔出现燃气主流入侵现象。相比于GE-E3叶片,壁面射流冷却叶片的前缘温度和温度梯度都较小,因此多通道壁面射流冷却在前缘具有更优异的冷却特性。     

泄洪洞中闸室出口侧墙掺气体型优化

采用RNG κ-ε紊流模型对某中闸室出口侧墙掺气体型进行数值模拟,以水流流态、压力分布及水翅强度等水力特性为指标对侧墙体型进行优化,并利用物理模型试验对推荐体型进行验证。结果表明,渐扩体型存在掺气盲区;突扩体型水流流态差;突扩+渐扩体型能够同时满足侧掺气和改善水流流态,水翅强度随渐扩长度增加而减弱,并能形成稳定侧空腔且侧墙上无负压产生,能有效避免空化空蚀。     

宽尾墩后消力池底板脉动压强特性试验研究

以水工模型试验为依托,对宽尾墩+消力池联合消能形式中消力池底板的脉动压强特性进行了研究,认为宽尾墩体型、消力池长度、尾坎高度、上下游水位差ΔH及运行方式是影响消力池底板脉动压强特性的主要因素。分析了在各种因素的影响下消力池底板脉动压强特性的变化规律,为宽尾墩+消力池联合消能形式的设计提供了一定的参考。     

齿坎式宽尾墩消能特性CFD模拟

为了解齿坎式宽尾墩的消能效果和机理,以出山店水库枢纽工程为例,在模型试验和数值模拟结果吻合良好的基础上,研究了齿坎式宽尾墩的消能特性和流态,并进一步分析了齿坎式宽尾墩尾端折角大小和齿坎角度对其消能效果的影响。结果表明,水流通过宽尾墩的齿坎后分层,不同层的水流流速不同而相互紊动摩擦,层间水翅在较远处产生剧烈碰撞,进而增强消能效果,获得了最优齿坎式宽尾墩体型,可为工程设计提供参考。     

壁面边界条件下氢气-空气预混燃烧的压力特性

通过纹影测试的实验方法,在顶置点火定容燃烧弹中对壁面边界条件下的氢气-空气预混燃烧压力特性进行了实验研究,得出了不同燃烧当量比(0.6～2.0)、初始压力(0.1～0.3,MPa)、初始温度(300～450,K)下的氢气-空气预混燃烧过程中燃烧压力、最大燃烧压力以及最大燃烧压力升高率等参数的变化规律.结果表明,壁面边界条件下氢气-空气预混燃烧过程中的最大燃烧压力以及最大燃烧压力升高率均随着当量比的增大先增大再减小,均随初始压力的增大呈现出线性增长,随着初始温度的增大而呈现出线性减少.     

面积收缩比相同条件下不同体型齿墩式内消能工对管道内部水力特性的影响

为研究同一面积收缩比情况下不同体型齿墩式消能工对管道内部水力特性的影响,采用物理模型试验与理论分析相结合的方法,分析了5种方案消能工的消能率、过流能力、时均压强和脉动压强的变化特征。结果表明,面积收缩比相同时,方案3消能率最小,齿墩高度比不等于0.5时消能率随齿墩高度增加而增大,流量系数的变化规律则相反;时均压强系数在消能工进口处骤降,并在距离消能工进口4 D处逐渐恢复至稳定,但比消能工进口处低2.5～2.8,表明齿墩高度比对时均压强系数影响较小;脉动压强系数沿程基本呈双峰分布,双峰分别位于消能工进口和出口附近,第二个峰值最大值及最小值分别是方案2、3。综合分析后知方案2最佳,为推荐方案。     

高差动坎在拱坝泄洪表孔中的应用研究

针对中小型拱坝表孔大流量泄洪时存在的向心集中问题,结合某工程泄洪表孔消能工,采用数值模拟与模型试验相结合的方法对其不同体型的方案进行了对比分析。结果表明,表孔大流量泄洪时,设置高差动坎体型与窄缝式及低差动式挑坎相比,水舌纵向拉开更加明显,并伴有一定的横向扩散,水舌落点分布均匀,对河床形成的冲击压力较小且分散,消能效果较为显著。此外,其空蚀破坏可能性也不大,可见高差动坎体型总体安全、合理。     

一种改善消力池底板压强分布的新型宽尾墩——XT型宽尾墩

宽尾墩与消力池组成的联合消能形式具有消能率高的特点,但也存在着消力池内的压强分布不均匀,最大冲击压强及动水压强集中度过大的问题。本文结合功果桥水电站整体水工模型试验,提出了一种新型的XT型宽尾墩,对于改善消力池底板上的压强分布,增强底板的稳定具有重要意义。     

非对称波节管在汽汽换热中的传热及熵产分析

为了揭示非对称波节管在汽汽换热中的强化作用,通过数值模拟的方法研究了对称型和非对称波节管的流动换热特性及熵产分布规律。结果表明：采用非对称型结构易于使流体与壁面贴合,并增大壁面处的温度梯度,强化波节结构与流体之间的换热;高温蒸汽侧波节结构的两端和低温蒸汽侧波节结构最大凸起位置的局部熵产值最大,且对流换热效应较强。随进口流速增大,对称型和非对称型结构的壁面平均努塞尔数变化趋势基本一致,采用对称型波节结构的压降要大于非对称型波节结构,因而采用非对称型波节结构的经济性要好于对称型波节结构。     

齿墩式内消能工的压力及流速特性研究

为进一步了解齿墩式内消能工的特性,通过物理模型试验,分析了在齿墩数相同、面积收缩比不同的情况下齿墩式内消能工的过流能力、时均压强、脉动压强及脉动流速。结果表明,管道的过流能力主要由齿墩式内消能工的体型及尺寸决定;时均压强在齿墩进口处急剧下降,在距齿墩段进口0.2 D(D为试验管内径)处达到最小值,之后逐渐上升,到距齿墩段进口2.5 D处恢复平稳,且在试验范围内,面积收缩比越小,时均压强降幅越大,消能效果越好;脉动压强在齿墩段后出现最大值,面积收缩比ξ=0.375时脉动压强最大,其概率密度分布接近正态分布;脉动流速最大值出现在齿墩段出口处,管中心的脉动流速小于管壁处的脉动流速。     

齿墩形内消能工脉动压力特性研究

针对高速水流脉动压强负值会增大泄流边界发生空蚀破坏的问题,提出一种新型齿墩状内消能工,采用物理模型试验分析了3种齿墩形内消能工的消能特性、脉动压力特性和空化特性。结果表明,采用齿墩设施可增进消能作用并达到消能效果。通过对3种不同面积收缩比的齿墩形内消能工脉动压强研究,得到了脉动压强的分布规律,收缩面积比为0.451时的齿墩形内消能工脉动强度较小,抗空化性能更强,其脉动压强最大点的压强概率密度分布接近正态分布。     

后台阶三维缝隙冷却效率的数值模拟

针对涡轮叶片尾缘冷却结构特点,建立了后台阶三维缝隙结构气膜冷却特性计算模型,计算了冷却效率在出口壁面的分布,研究了不同雷诺数(5 000~15 000)与吹风比(0.5~2.0)影响,计算结果表明:在缝后壁面冷却效率是单调递减的,而肋后冷却效率是先增大后减少的分布规律;二次流出口壁面冷却效率受吹风比影响较大,冷却效率随吹风比增大而减小;壁面缝后冷却效率受雷诺数的影响较小。     

喜河水电站碾压混凝土重力坝设计

喜河水电站属二等工程,最大坝高62.8 m,在设计工作中因地制宜较好地解决了一些难度较高的问题,其中涉及到大坝的问题有:混凝土配合比设计问题、“低水头、大单宽、高尾水”的泄流消能问题、预应力闸墩设计问题、表孔坝段深层抗滑问题等。