竖井进流水平旋流式内消能工的水力特性

随着国内外高水头水利枢纽工程的日益兴建，寻求新的消能途径解决高水头大流量条件下泄水建筑物的安全和消能问题是高坝水力设计中亟待解决的难题之一。本文对竖井先进流水平旋流式内消能工进行了试验研究，给出了过流能力，消能率，时均压力等水力参数的研究成果。     

旋流式竖井溢洪道竖井的水流特性研究

本文在对旋流式竖井溢洪道的实验研究基础上着重分析了该消能工的消能机理，讨论了水流旋流数和水流的涡粘滞系与消能率的关系，并建议了简易可行的数值计算方法。在研究中也发现了竖井边壁上的剪应力过大这一在具体应用中需要注意的问题。     

竖井进流水平旋转内消能泄洪洞水力特性的数值模拟

本文采用Realizable 紊流模型,结合自由水面处理技术的VOF方法及非平衡壁面函数法,对竖井进流水平旋转内消能泄洪洞的水力特性进行数值模拟,得到了自由水面、空腔直径、压强、流速、旋流夹角、消能率等水力特性的变化规律.把数值模拟与模型试验的结果进行对比后可以看出,采用该紊流模型、合适的边界条件与数值方法,能够较好地模拟这种强旋流、强离心力效应和各向异性的复杂的空腔旋转流动,数值模拟所得的各种水力特性,从变化趋势到数值精度可满足这种旋流内消能泄洪洞体型初步设计与优化的要求.     

竖井进流水平旋转内消能泄水道的泄量特性研究

本文从分析竖井进流水平旋转内消能泄水道的流态及影响因素出发，根据试验资料对其泄量特性进行了系统地分析与研究。研究结果表明：这种泄水道的流态、泄流量变化规律有非常明确的分区特性，不同的分区对流态与泄量的影响因素是不同的。本文在该分析的基础上给出了泄量的基本计算公式、流量系数的变化规律和泄量计算的经验公式。     

竖井进流水平旋转内消能泄水道流速分布的试验研究

本文从分析图1所示的竖井进流水平旋转内消能泄水道的基本流态与泄流量变化规律出发，对该种泄水道的流速分布提出假定，并给出具体表达形式。根据试验量测资料，对轴向流速、环向流速及有关物理量的变化规律进行了分析与研究，这对该种泄水道水力特性的分析、计算与设计均有重要的参考价值。     

竖井式消能工抗冰胀研究与实践

季节冻土区传统开敞式消能工受冻害破坏普遍而严重，新型的竖井式消能工通过其总体布置，结构型式本身圆满地解决了复杂的冻害问题（不需加外任何特殊的防冻措施）竖井式消能工总体布置简化，受冻部位面积小，利于抗冻胀，基础在一个平面垃用水保温防冻，消除了基底法向力的危害，竖井及卧洞均采用利于冻胀力自身平衡或衰减的圆形，拱形，蛋形，马蹄形等薄壁结构。     

旋流式竖井底部消能区压力特性研究

旋流式竖井主要利用水流的螺旋运动和底部消能区消能,是一种较为新型的泄洪消能工,但在高水头、大流量条件下,旋流式竖井泄洪洞内水流流态复杂,底部消能区承受较大压力,对结构安全形成严峻考验。通过1/30模型试验与理论分析的方法研究在不同深度下底部消能区侧壁及底部的压力特性,并针对环状水跃位置不易确定的问题提出一种新的思路确定底板的冲击压力,给出底板最大冲击压力的计算公式。结果表明:旋流式竖井底部消能区侧壁压力与井深关系不大,随流量同步增减,则控制侧壁结构的因素是大流量时的压力;各体形下侧壁压力最大值均出现在竖井侧壁最低点,随着竖井深度加深,最大时均压力呈增加趋势;通过拟合的底板最大冲击压力公式,建议竖井深度与直径比大于1.2。     

竖井式消能工抗冻胀研究与实践

季节冻土区传统开敞式消能工受冻害破坏普遍而严重,新型的竖井式消能工通过其总体布置、结构型式本身圆满地解决了复杂的冻害问题(不需外加任何特殊的防冻措施)。竖井式消能上总体布置简化,受冻部位面积小,利于抗冻胀。基础在一个平面均用水保温防冻,消除了基底法向力的危害,竖井及卧洞均采用利于冻胀力自身平衡或衰减的圆形、拱形、蛋形、马蹄形等薄壁结构。     

旋流式竖井溢洪道的过流能力及蜗室与锥形渐缩段的水力特性研究

本文对旋流式竖井溢洪道进行了实验研究和理论分析,给出了流量系数、蜗室与锥形渐缩管中的空腔形状、能量损失和其它水力参数的实验结果及近似计算方法。     

旋涡孔板消能工的初步研究──一种新型无空蚀消能工

在大型导流洞改建为永久利用泄洪洞方面，泄洪、消能和空化之间的协调是最重要的问题之一。在以往的设计中，在满足较大的泄量和消能量条件下，通常泄洪洞还要满足σｆ＞σｉ，以免发生空化空蚀。本文提出的一种新型无空蚀旋涡孔板消能工，通过对水体的控制，允许空化仅在水体内部存在而不致对洞壁空蚀破坏，因此，可以加大消能量，提高泄流能力，使工程设计更为经济安全。本文对此种消能工（共６种方案）进行了研究，包括Ｑ～Ｈ关系，μ～Ｈ关系，空化和消能特性等，取得了较好的成果。     

二维非恒定空化流的数学模型

本文提出了一个新的数学模型,用于预测高Reynolds数的二维紊流场中非恒定空化流的形成与发展过程及其内部结构。将空化流看成是泡-液两相流动,采用宏观与微观两个尺度来描述其流动形态与内部结构。宏观尺度主要用于空化区及其外部紊流场的计算,微观尺度用于确定气核在紊流场中的运动及生长过程,宏观与微观两种分析相互结合,前者应用两相流模型及现有紊流场分析技巧,后者采用泡动力学理论,应用这一模型,可对二维紊流场中空化流的演变过程及其非恒定特性给出比较清楚的数值描述。     

高海拔地区气压环境对高速水流空化特性的影响

为定量评价高海拔地区的低气压环境对水流空化特性的影响程度,通过理论计算单气核临界压强在不同气压条件下的变化,分析单气核临界压强变化对初生空化数的影响程度,并进行不同海拔高程下水流空化数的敏感性分析。研究成果表明:低气压环境下,气核初生空化数和水流空化数均减小,但水流空化数减小的程度远远大于初生空化数减小的程度,其他条件相同的前提下,高海拔地区的高速水流空化空蚀风险增大。研究结论可为高海拔地区高速水流的空化空蚀设计和评价提供参考。     

旋成面叶栅汽蚀绕流的变分原理

叶栅汽蚀绕流时所产生的汽穴不仅使流场发生了变化，而且其未知的形状使流场的求解变得十分困难。本文通过映射方法解决叶栅流场求解域的不定问题，分别以两个新型通用函数 （角函数和矩函数） 为泛函的自变量，建立了任意旋成面叶栅局部汽蚀绕流的变分原理，旨在为用有限元法和其它变分直接解法求解汽蚀汽穴及叶栅汽蚀绕流流场提供新的理论基础。     

旋流排螺装置内水流特性数值模拟

旋流排螺装置借鉴旋流排沙的原理,通过装置内产生的螺旋流使水和钉螺分离。为了探明装置内水螺分离机理,必须研究其流场全面图景。采用雷诺应力模型(RSM),结合流体体积函数(VOF)方法对旋流排螺装置的水气两相流进行三维数值模拟研究,并分析研究二次流分布特性。计算的自由水面和三维流速分布均与试验结果吻合较好。计算结果表明:切向流速分布呈现强迫涡特征,流速随半径的减小而减小;隔板能够抑制边壁处向上运动的水流、减弱携钉螺溢出的二次环流,对钉螺的有效排除有着关键作用。研究成果可为控制涵闸渠道钉螺扩散,改进旋流排螺装置提供技术技撑。     

水流初生空化噪声机理分析及试验研究

根据水流的初生空化特性,对其发生发展过程在模型和原型进行系统的试验观测。试验和理论分析表明,水流的初生空化和空蚀可以利用常压水洞来模拟。与减压箱试验结果的比较可知常压水洞更可信和合理。水流的初生空化噪声频率不仅与汽化压力和流体的特性有关,而且还与流体的环境压力分布和速度分布有关,与空化类型关系更为密切。试验和计算表明初生空化噪声频率的分布频段为10kHz—12.5kHz。     

离心泵汽蚀振动特性研究

为了对离心泵的汽蚀故障进行诊断,设计了离心泵振动试验装置,对离心泵在正常和汽蚀运行状态下的振动特性进行了测试,并采用频谱分析方法对振动测试数据进行了对比分析,提出了离心泵在汽蚀状态下运行时的振动特性,为采用振动法诊断离心泵汽蚀故障提供了很好的依据。