设有“弧面型”导流板的保水堰数值模拟研究

保水堰是一种保水保压装置,包括上下游的有压箱涵及中间的保水堰堰井,作用是保证有压箱涵在任何情况下均处于有压状态,以避免气体进入有压箱涵。保水堰在大流量运行时堰室内常出现漩涡及高速主流发散等复杂流态阻碍保水堰过流。为抑制漩涡的产生并压缩主流,在保水堰过流时使用了“弧面型”导流板。导流板型式参数包括夹角α、β及导流板内径R。对不同工况下(α、β、R)有无导流元件的堰室水流进行数值模拟计算并进行对比,发现各参数中β为导流效果的主要影响因素,通过设置导流板可减小漩涡区边缘流速0.06 m/s,提高主流区集中度8.47%,并增大过流能力17.8%。该研究可为大型输水工程典型保水堰建筑物的输水能力提升提供思路,具有重要的实际工程意义。     

流线型宽顶堰的流量系数和淹没系数

研究流线型宽顶堰的流量系数和淹没系数的计算方法。根据边界层理论分析流线型宽顶堰的流量系数,根据A·P·别列津斯基对宽顶堰淹没系数的试验成果,研究淹没系数的计算公式。流线型宽顶堰的流量系数是边界层位移厚度、堰宽和堰上水头的函数,淹没系数是淹没度的函数。给出了流线型宽顶堰流量系数、边界层位移厚度和宽顶堰淹没系数的计算方法,通过与经验公式和查表法对比,验证了公式的正确性。     

两种堰流计算公式下平底闸闸门净宽不同的原因分析

在计算平底闸闸门净宽时,当水闸过流为堰流时,一般采用堰流计算公式确定闸门净宽,同时现行规范亦规定当堰流处于高淹没度(h_s/H_0≥0.9)时,亦可采用高淹没度计算公式确定闸门净宽。理论上,当设计流量、闸上下水位、闸底板高程确定时,闸门的净宽也应是唯一定值,但在实际计算时,两者计算的水闸净宽相差较大,需明确造成两者计算结果不一致的原因。研究发现,两者计算结果不同主要由淹没系数σ值引起。因此在工程设计时,当水闸堰流处于高淹没度工况,采用常见堰流计算公式计算水闸净宽时,需修正堰流的淹没系数σ。     

分段低压输水系统中堰井段水面波动数值模拟

为研究输水系统中堰井段水面的波动现象,采用Realizableκ-ε紊流模型耦合VOF法对分段低压输水系统进行二维数值模拟,分析了堰后水深对水面波动规律的影响,探讨了在外加扰动作用下水面波动的规律。结果表明,堰后存在高、低两个水位区间,堰后水位处于这两个区间时,水面将会以某一主要频率稳定持续地波动;当堰后水位处于这两个区间之外时,水面波动变得无规律或只有微弱的波动。外加扰动对水面波动会造成一定影响,当外加扰动频率与水面波动固有频率一致时,即使外加扰动强度很小也会引起水力共振,水面波动幅度大大增加;外加扰动频率与固有频率相差较大时,水面波幅在某些特定时刻达到最大,然后减小到最小值,再增大到最大值,波动幅值的变化呈周期性,并推导出了相应的周期公式,为相关研究提供了参考。     

水力翻板闸门流量系数的探讨

以沙溪电航枢纽工程为例,构建了室内物理模型,探讨了翻板闸门在水力自控、液控两种开启方 式下的过流特点,基于试验数据拟合出不同的流量系数计算公式并进行对比分析。结果表明,液控和水 力自控开启方式下堰孔泄流时,采用流量系数与相对开度的多项式函数关系式确定水力翻板闸门的流量 系数精度高,对于水力自控运行方式的堰流情况仍需采用传统经验公式进行计算。     

基于数值模拟的电助熔炉电阻计算研究

电助熔炉采用电极直接对物料加热，广泛应用于玻璃生产、冶金、固废处理领域，炉内电阻设计是电极助熔炉设计的关键指标。采用数值模拟方法，在二维电阻计算公式的基础上，分析浆液深度与宽度约束对电阻的影响，计算三维三相三电极底插熔融炉的电阻，修正了现有的电阻计算公式。针对熔融炉实验平台，对比实验结果、数值模拟结果、修正公式计算结果，验证该公式的可靠性。结果表明，利用修正公式计算的电阻与实验值相比相对偏差为4.43%，对比数值模拟结果的相对偏差3.51%，但节约了计算时间，该公式可用于指导工程设计。     

南迪普电站排水口三维数值模拟及体型优化

通过对南迪普电站排水口排水过程的三维数值模拟,获得了虹吸井中水位、溢流堰泄流能力、排水明渠中流速分布等水力特性,与模型试验结果相比较吻合,表明数值模拟方法用于虹吸井排水可行。在此基础上,针对原设计方案中虹吸井溢流堰泄流偏于一侧、流速分布不均匀及回流等缺陷,采用迷宫堰取代原方案的折型堰,经三维数值模拟计算表明堰上过流量可满足要求泄量,堰后流速分布基本均匀对称且回流强度和范围大大减弱。     

基于声压法的半混响声场反射声修正值计算及试验验证

推导出半混响声场反射声修正值公式,对反射声修正值公式进行试验验证。首先,利用声压级计算公式推导出反射声修正值公式;然后利用该公式计算出测点位置的反射声修正值;最后在半消声室与风洞实验室布置相同测点,测定反射声值,将它们做差处理,得到反射声的试验修正值。结果表明,反射声的计算修正值与反射声的试验修正值基本一致,说明反射声修正值公式适用于该风洞实验室,验证计算结果正确,为以后在风洞实验室进行声学试验提供了反射声修正值计算的理论依据。     

水工隧洞钢筋混凝土衬砌限裂设计试验研究

针对限裂设计研究,国内首次采用真实水压力加载的室内大比尺水工隧洞模型,试验结果有效反映了围岩与内水外渗现象对衬砌结构的影响、克服了以往采用钢毂或气囊加载方式的不足,基于模型试验结果对现行隧洞规范裂缝计算公式参数进行了修正,并与原公式及有限元的计算结果进行了对比.结果表明,修正后公式计算结果与实际情况更吻合,可为获得更合理的裂缝计算公式提供借鉴.     

有压管道孔板局部阻力相邻影响系数研究

为获得有压管道孔板局部阻力相邻影响系数的计算公式,采用标准κ-ε紊流模型模拟有压管道内设置单个以及结构参数相同的两个孔板时的管道流动,通过计算值与实测值的对比,选出最优网格划分方案和模型参数。对Re＞137 870时有压管道中两孔板局部阻力相邻影响系数随孔板孔径比、厚径比及相对间距的变化关系进行了数值模拟试验,应用量纲分析法和数值分析法,推导出两孔板相邻影响系数计算公式,并采用相邻影响系数修正了局部水头损失计算公式,对修正后的公式进行检验。结果表明,当孔板相对间距LS/D＜8时,修正后的公式计算值与实测值的最大相对误差为8.33%,而未修正的叠加计算值与实测值的最大相对误差达86.03%,当孔板相对间距LS/D≥8时,按照传统方法计算两孔板产生的总局部水头损失精度更高。     

角木塘水电站消能措施优化研究

以角木塘水电站的泄水建筑物（溢流堰和消力池）为研究对象,对原设计尺寸下溢流堰发生严重淹没水跃、消力池消能效率低下的问题,采用水工模型试验观测流态、测量流速、水深等特征值,计算水流收缩断面处的佛氏数和消力池的消能效率。据此提出修改泄水建筑物体型、调整消力池长度和增设辅助消能工等优化措施,从而提高了泄水建筑物的消能效率     

某水电站导流明渠复杂进口条件下泄流能力分析

为探讨导流明渠复杂进口条件下的过流能力,对此进行了水力计算和模型试验研究,将明渠复杂进口简化为复式宽顶堰流和不规则河道水流,选择合适的水力参数,并分别采用无坎宽顶堰和宽顶堰流公式、能量方程逐段推求水面线的计算方法求解。对此模型试验结果与水力计算结果表明,计算结果整体可信,进口水流较浅时计算进口水位误差较大。研究成果可为导流明渠在复杂进口条件下的泄流能力分析提供参考。     

淹没丁坝坝后水流结构PIV试验研究

为揭示淹没丁坝坝后区域的水流特性,在实验室水槽中,采用平面二维粒子图像测速技术(2D-PIV),测量了光滑固定底床上单个丁坝在完全淹没条件下的坝后水平流场及垂向流场。通过分析测量获得了原始粒子图像和淹没丁坝坝后不同位置的平面二维时均速度场和涡量场,并耦合水平面流场与铅垂面流场结果,给出了丁坝坝后流场的部分三维特性。结果表明,淹没丁坝坝后存在明显的回流区,且在回流区内同时存在尺度大致相同的竖轴漩涡和横轴漩涡。     

丁坝对弯道水流特性影响的数值分析

针对丁坝对弯道水流水力特性影响的问题,建立了相应的概化模型,通过数值模拟的方法研究了不同角度下丁坝对弯道水流特性、弯道水流横向水面超高和流速场的影响。结果表明,在丁坝影响下,弯道水流横向水面横比降计算公式应考虑丁坝对河道的束窄、丁坝尺寸和弯道角度等综合因素的影响进行修正,为深入探讨弯道水流特性奠定了基础。     

不同暴雨条件下形成的草坡磨子沟泥石流堵塞岷江可能性分析

2013年7月10日,草坡磨子沟暴发特大规模泥石流,造成岷江堵塞并淤埋都汶高速,造成巨大的经济损失。为研究此次泥石流堵河特点并预测未来暴发泥石流堵河的可能性,通过分析该沟基本特征,探讨了汶川震后沟内地形地貌、降雨条件及物源变化对泥石流暴发的影响;分析了泥石流动力学特征及不同堵河判别公式计算结果,得出在不同暴雨频率下暴发泥石流可能引起的堵河情况,进而预测了该沟的堵河发展趋势。研究结果表明,震后沟内形成超过7×106 m3的固体物源储量,沟道内形成了大量堵塞体,在强降雨条件下极易暴发泥石流;草坡磨子沟在暴雨频率小于5%时暴发泥石流便可造成堵河事件。     

非稳定流非完整辐射井抽水试验水文地质参数的求解

针对辐射井抽水试验水文地质参数求解方法较少的问题,将仿Theis公式引入潜水非完整辐射井非稳定流抽水试验参数求解中,推导了潜水非完整井变流量非稳定流的井流公式,采用试算方法,通过VB编程,实现了计算水位过程与实测水位过程的对比,含水层参数求解取得了较理想的结果。结合新疆台兰河大型抽水试验,计算了均方根误差、平均误差、整群剩余系数和模型效率。结果表明,该方法计算所得水位过程与实测过程拟合效果理想,所得水文地质参数与Neuman法、前人研究结果吻合。     

台阶式溢洪道水流空化特性及空化空蚀位置的确定

为探讨台阶式溢洪道水流空化特性,结合某水库实际工程,采用水工模型试验方法,研究了不同流量条件下台阶式溢洪道的流速、压强分布和空化特性。结果表明,在溢流堰段,水流流速沿程逐渐增大,压强沿程逐渐减小,水流空化数也逐渐减小;在台阶段,流速沿程先逐渐增大,在初始掺气点达到最大值后有所下降,随后逐渐增加并趋于某一常数,压强沿程呈波浪式发展,水流空化数也呈波浪式发展;在消力池内,水流流速先逐渐减小,达到最小值后又逐渐增大,压强先逐渐增大,增大到最大值后逐渐减小,然后减小到最小值,再逐渐增大,水流空化数沿程先逐渐增大,达到最大值后逐渐减小;台阶水平面上的空化数从台阶凹角向凸角逐渐增大,竖直面上的空化数从底部向顶部逐渐减小;同时水流空化数随着流量的增加而减小。     

窄缝环形流道内流动传热特性的实验研究

对竖直及水平窄缝环形流道内单相水受迫对流换热进行了实验研究。详细介绍了实验装置和方法。实验结果表明:窄缝环形流道内流动换热的Nu数与普通圆管内公式计算值不同,不能采用传统的圆管内的对流换热模型来计算。窄缝环形流道进行对流换热时,从层流向紊流过渡较普通圆管明显提前。分析了测壁温与分离系数法之间的差别,应用修正的Dittus Boelter公式所计算的窄缝环形流道内的Nu数与实验数据吻合较好。图6参9