输水渡槽水位异常波动原因分析与改善措施研究 ——以南水北调中线工程澧河渡槽为例

南水北调中线工程自2020年开始正式启动大流量输水,在此期间部分输水渡槽进出口流态紊乱,槽内水位异常波动,过流能力降低.以澧河渡槽为研究对象,通过高精度三维水动力学数值模型模拟复演了澧河渡槽现状流态异常现象,探究了渡槽水位异常波动的原因,即由于渡槽出口中墩体型宽平导致水流急剧绕流形成"卡门涡街"现象,墩尾水流出现周期性...     

大型输水渡槽水流超常波动成因分析与对策

南水北调中线总干渠十二里河渡槽在大流量输水时出现波幅达1.0 m的超常大波动现象,总干渠输水能力受到影响,对相关建筑物构成危害.通过水力学模型试验,复演了原型渡槽大流量输水时的超常大波动现象;分析揭示了渡槽产生超常大波动的成因是渡槽出口的"卡门涡街"及由此引发的渡槽进口左右两槽进流量的周期性变化.从消除渡槽出口墩尾"卡...     

扩建旗岭水闸入闸流态优化试验研究

旗岭水闸扩建后，流态发生了较大变化，扩建段存在回流等不良流态。另外，旗岭水闸上游的东深供水工程渡槽部分墩位于河道主槽内，对河道水流有一定的阻滞影响。通过对旗岭水闸扩建方案进行水工模型试验，提出了合理的上游清淤方案及东深供水渡槽墩防护优化方案，改善了水闸的入闸流态，可为同类工程设计及科研提供参考。     

Y形导流墩几何参数对泵站前池整流效果的影响

为了改善泵站前池流态,基于Fluent软件,运用可实现的k-ε模型对加Y形导流墩的正向进水泵站前池流态进行数值模拟,分析Y形导流墩几何参数对前池流态改善的影响。结果表明:Y形导流墩具有分流效果,流经Y形导流墩的水流会沿其两翼发生扩散,同时在Y形导流墩尾后产生漩涡。无整流措施时,泵站前池流态紊乱;通过在前池加设Y形导流墩可显著改善流态;Y形导流墩位置宜在前池中间,其中长度、高度、尾部夹角越大,两侧漩涡越小,行近流速分布越不均匀。     

变坡长隧洞明满流水力特性研究

明满流交替是长隧洞常遇到的不利水流流态,尤其是洞内截留气囊输移现象会对隧洞结构安全构成威胁。通过试验研究,阐述了变坡长导流隧洞洞内流态的演变过程,指出随着上游水位上升,洞内水流流态呈现由水跃转变为明满流交替、直至有压流的演变过程,分析了典型流态下隧洞的泄流能力,得到了明满流交替的流量系数介于无压流和有压流流量系数之间的结论。同时探讨了明满流交替过程的压力波动,发现明满流交替的压力波动持续时间较长、振幅较大,但压力峰值持续的时间很短,并且截留气囊可有效减缓隧洞底部压力波动。     

北方平原地区排水泵站前池流态数值模拟分析

结合水力学数值模型对不同导流墩布置形式下北方平原区排水泵站前池的流态进行动态模拟,分析结果表明:曲线形式下的导流墩对回流阻碍能力较小,消力能力较佳,适合排水泵站导流墩的布置,数值模拟结果和实际结果吻合度较高,可用于北方平原地区水利工程设计计算。     

尾水洞出现明满流的水电站小波动稳定性分析

针对尾水位变幅较大的水电站尾水洞出口段常出现无压流或明满流等复杂流态,提出基于动态尾水边界的分析方法,即以始终保持有压流态的尾水洞中间特征断面的动态测压管水头作为尾水洞系统出口边界条件,结合数值模拟方法研究系统的小波动稳定性,并与传统的边界处理方法进行比较。结果表明采用试验数据和数值模拟相结合进行小波动稳定性分析,考虑了尾水洞无压流或明满流对系统稳定性和调节品质的影响,能够较准确地反映系统的动态特性。     

闸站结合泵站前池流态优化

为了优化闸站结合泵站运行时的前池流态,消除不良流态的影响,采用物理模型试验和数值模拟相结合的方法,分析了不良流态发生的原因。提出了多种优化整流方案,研究了其整流效果,构建了由带通水孔的导流墙、Y型导流墩和沿流向导流坎所形成的组合式整流措施。数值模拟发现,带通水孔的导流墙能够有效缩小并上移导流墙后回流区,再借助Y型导流墩和沿流向导流坎的整流作用,能使前池水流均匀顺直地进入进水池,较好地解决了因横向流速产生的偏流问题。研究结果表明,该组合式整流措施使得进水流道进口流速均匀度由86.30%提高到了93.46%,进水池两侧轴向流速偏差度由原来的12.63%下降为3.47%,整流效果显著。研究成果可为类似泵站工程流态改善提供参考。     

基于FLUENT的导流隧洞水力特性模拟

针对传统的二维导流隧洞水力学计算,采用CFD方法对导流隧洞的水力特性进行了三维数值模拟,通过导流隧洞各典型断面总水头与传统公式、模型试验计算结果的比较,验证了三维数值模拟的准确性,进而可通过数值模拟对导流隧洞的三维流场进行分析研究。文中对导流隧洞各典型断面及整体进行了流态分析和出口负压分析,结果显示导流隧洞满足设计要求。可见,流体力学计算方法能够有效地模拟导流隧洞水流的流态,可应用于导流隧洞的设计与优化工作。     

“Y”形导流墩几何参数对侧向进水泵站前池流态影响

为改善侧向进水泵站前池流态,基于CFX软件,采用RNG k-ε紊流模型,对无整流措施和布置"Y"形导流墩情况下的侧向进水前池进行了数值模拟,分析"Y"形导流墩位置、高度、角度、长度等因素对侧向进水泵站前池流态的影响。数值结果表明:无整流措施时,泵站前池左侧区域存在大面积回流区,泵站右侧机组水流偏斜非常明显,对机组有不利影响;"Y"形导流墩具有分流作用,通过在进水池前布置"Y"形导流墩可显著均匀流速、消除回流区,水流能够更均匀地流入各台机组。研究发现,当"Y"形导流墩位于进水池前33.33 D0、高度为1.11 D0、角度为120°、长度为2.78 D0时,侧向进水泵站前池流态有明显改善,进水池前行近流速分布更加均匀。     

开孔导流墩几何参数对闸站工程前池整流效果的影响

为了改善闸站结合工程的泵站前池流态,采用计算流体力学(CFD)对闸站结合式泵站前池流态进行数值模拟,研究了开孔导流墩的长度、开孔宽度、相邻的孔口中心间距及开孔高度等因素对泵站前池流态的影响。结果表明:选择合适长度的导流墩能改善闸站结合工程的泵站流道进口的不良流态;在优选的长度下,进行导流墩不同开孔几何参数的对比计算,发现开孔导流墩长度为8.62D(D为水泵叶轮的直径)、开孔宽度为1.55D、相邻的孔口中心间距为2.16D、开孔高度为0.66h(h为前池水深)时,相比于其他几何参数的开孔导流墩,前池内流态能得到更好的改善,水泵入口流速分布更均匀,漩涡综合影响函数更低;CFD计算结果与模型试验结果基本吻合,研究成果可为闸站结合工程选择合适的导流墩提供参考。     

保水堰的交替水流数值模拟初探

为了对保水堰的交替水流进行数值模拟,依据保水堰恒定流情况下的工作特性,将保水堰的水流形态分成堰流和满流两种状态,分别建立保水堰不同流态下的非恒定流数学模型。分析两种不同水流形态的交替机理,建立两种水流的转换条件,联立两种不同形态的数学模型构成保水堰的堰流和满流交替的非恒定流数学模型。利用数值计算的方法对保水堰的水流交替情况进行了模拟,结果表明,通过将两种流态的方程进行组合,可以合理地模拟保水堰的水流交替过程。     

竖井式溢洪道进水口体形优化设计与研究

进水口体形设计是竖井式溢洪道设计关键问题之一。通过物理模型试验与数值模拟相结合的方法,对海南琼中抽水蓄能电站的竖井式溢洪道进水口进行优化设计,最终确定了在环形溢流堰堰顶增设6道不等高导流墩的布置形式。溢洪道进水口优化设计后,有效改善了堰顶流态,减小了进口库水位波动,增大泄流能力。     

大流量明渠输水工程渡槽闸墩振动机理研究

针对长距离输水明渠过渡段水流剧烈波动造成渡槽闸墩异常振动的问题，以南水北调中线工程十二里河渡槽为例，通过长度比尺1∶36的物理模型试验复演了原型闸孔调度过程，分析了与闸墩振动密切相关的水动力要素，从进出口隔墩长度和体型、渐变段布置以及闸孔调度运行等方面对中墩振动机理进行了深入探讨。研究结果表明：闸墩振动主要源于水流横向摆动冲击建筑物及分隔墩末端出现间歇性游离的马蹄涡流态诱导所致；采用优化中墩布置型式、调整进出口渐变段收缩角或扩散角及调度运行方式等措施，可有效降低渡槽段水位波动及闸墩振动强度。研究成果可为大型调水工程渡槽设计及调度运行提供参考。     

某泵站导流墩结构数值模拟优化研究

闸站结合方式具有结构紧凑,占地面积小等诸多优点,成为泵站设计的重要形式。由于非对称式闸站工程结构复杂,在运行过程中容易出现前池流态不良问题。文章以某泵站为例,利用数值模拟的方法对导流墩体型优化问题展开研究,认为当导流墩长度为15 m,开孔宽度为3.0 m,开孔高度为1.7 m时,前池流态最好,建议在工程设计中采用。     

渡槽风绕流荷载数值计算

以南水北调引江中线工程清河渡槽设计为背景，采用弱可压流体运动方程的大涡模拟方法分析风对渡槽的绕流．首先通过方形柱体绕流计算与前人实验和计算的比较来证明本文方法的有效性，进而计算渡槽风绕流，通过计算得到精细的绕流流态，作用在渡槽上的平均压力，不稳定的脉动压力及绕流尾流的旋涡脱落特性等重要成果．     

多弯段溢洪道加设导流墩糙条后水流三维数值模拟

"635"水库为多弯段溢洪道 ,为了充分体现加设导流墩糙条等辅助消能导流措施对多弯段溢洪道水流的影响 ,通过标准 k- ε模型和VOF多相流方法并建立三维数学模型 ,得到了溢洪道各典型断面流速大小以及水深的分布规律.数值模拟结果与模型试验结果对比表明 ,使用的数值模型能较精确地模拟加设辅助措施后溢洪道的水流流态.结果表明溢洪道水流由于受导流墩糙条等辅助消能导流措施的影响 ,能有效控制弯道环流的发生以及缩短纵向流速分布调整的距离.从而为多弯段溢洪道的水力设计提供可靠的理论依据.     

城市雨水泵站侧向出水箱涵整流措施模型试验

为研究上海某雨水泵站侧向出水箱涵的水力流态,采用物理模型试验方法对出水箱涵内部的水力流态特性进行分析,并针对发现的问题提出了在出水箱涵内加设由导流短墩、底坎、组合梁构成的组合式整流措施。试验结果表明:出水箱涵内部水流扩散不良,导致出水箱涵出口流量分布不均、主流居中且出口两侧出流较小;增设组合式整流措施后,出水箱涵在导流短墩、底坎、组合梁的综合整流作用下,显著均化了出水箱涵各孔流量,有效提高了出水箱涵的出流均匀度,解决了出水箱涵流态存在的问题。     

关于卡门涡街形状稳定性的一点分析

在圆柱绕流的卡门涡街中,单个涡对于来流有相对速度,以该速度观察,其周围的流线更类似无旋理论中有环量的圆柱绕流.因此在势流解的基础上,运用扰动理论分析了涡街形状的稳定性问题.结果表明,涡位置的纵横比有一变化范围,以卡门的经典值为下限,与涡相对速度,实际涡核的大小及其环量都有关系,但与不构成单调的关系.与实验数据和数值模拟的结果进行对比,表明论文的分析是合理的.     

深层隧道进流式泵站前池流态及整流措施研究

为改善深层隧道进流式泵站前池内的旋流、偏流等不良流态,基于RNG k-ε 湍流模型对前池流态进行数值模拟,研究适用于此类城市排涝泵站的整流措施。数值计算结果表明:泵站前池、进水池内存在局部立面旋滚、螺旋流、斜向流、流速分布上高下低等不良水力现象,致使泵站进水流道水力条件不佳;采用双层环形板和两组导流墩的组合式整流措施可抑制前池、进水池中的立面旋滚、螺旋流和斜向流流态,从而有效改善流道的进水条件,提高进水流道进口处流速分布均匀度,使泵进水状况变好,提高泵站运行的可靠性。