多层泄孔运行方式对二级斜坡进口浅水垫消力池水力特性的影响

针对某水电站工程消力池体型不合理及调度运行方式不当而导致池内流态不良、消力池临底流速过大、底板冲刷破坏等问题,通过1∶45模型试验分析了二级斜坡进口式浅水垫消力池在多层泄洪孔不同运行方式下的水力特性。结果表明,新提出的消力池体型能够明显改善面流流态及水跃不稳定等问题,针对该工程,优先采用溢流表孔泄流比采用冲沙底孔泄流池内流态更佳,消力池临底及岸边流速更低,消能防冲效果更好。     

特高砂砾石面板坝流变效应及面板防裂措施

针对高面板坝后期变形导致的面板破坏问题,采用大型室内试验测定了大石峡筑坝料流变力学特性,重点研究了后期流变效应对坝体、防渗体应力变形的影响。评估了各期面板浇筑前坝体沉降速率,复核了面板浇筑前预沉降时间的合理性。研究结果表明,该坝各期面板浇筑前设置的预沉降期可将坝顶沉降率控制在5mm/月以内。大坝蓄水运行后面板应力,尤其是轴向应力,较初次蓄水增加明显,存在挤压破坏的风险。论证了在面板受压区设置柔性缝的面板应力改善措施,结果表明该工程措施对削减面板轴向压应力效果明显。总体上,250m级的特高砂砾石面板坝坝体和防渗体应力变形能满足安全控制要求,通过合理的工程措施可保证大坝施工与运行安全。     

环境激励下泄流结构的模态参数辨识研究

水工结构在泄流激励作用下易产生剧烈振动甚至会因振动而引起结构自身破坏,为研究坝体在泄流工作状态下的振动特性,需准确地辨识出结构的模态参数指标。为此,以三峡枢纽工程#5溢流坝段为例,在坝体泄流作用下对其进行原型振动响应信号采集,根据测出的响应时程,分别采用ERA法和HHT法对结构进行模态参数辨识,并将辨识出的频率与有限元模态计算的结果进行比较。结果表明,ERA法和HHT法均具有识别结构密频的能力,两种方法提取出的频率值与有限元仿真结果吻合很好,但HHT法在识别阶数和精度方面均优于ERA法,更能全面、准确地反映结构的动力特性。     

公明水库进库闸环形溢流消力池水力特性研究

底流消能型式在水利工程中被广泛应用,但随着现代工程技术的发展,现有的矩形消力池、梯形消力池已不能完全满足工程需要,根据重力相似准则设计几何比尺为1∶10的水工模型,采用模型试验与Flow-3D数值模拟相结合的研究方法,以公明水库进库闸消力池为例,对环形溢流消力池的流态、泄流能力、流速、压强与消能率等水力特性进行研究。研究表明,溢流竖井内水流呈漩涡上升,溢流跌水呈贴壁流,消力池内无法形成完全水跃;环形溢流竖井泄流能力较等宽度等堰高的宽顶堰略小;溢流跌水在约11.80m的落差内迅速增大至12.60m/s,但水流跌入消力池后流速迅速减小,出池流速在1.70m/s内;消力池底板脉动压强最大值不会超过水流自身水位落差;环形溢流消力池综合消能率可达80.38%。由此可见,环形溢流消力池虽然在流态、流速分布、压强分布上不同于常规消力池,但同样能达到较好的消能效果,可供类似工程参考。     

三种紊流模型模拟溢流坝泄流精度的对比分析

为研究不同紊流模型对溢流坝泄洪数值模拟的适用性和准确度,采用标准κ-ε模型、RNGκ-ε模型及大涡模拟(LES)模型等3种经典紊流模型对某溢流坝泄流过程进行数值模拟;同时,将数值模拟出的溢流坝坝面的水流流态、流速及坝面压强等溢流坝泄流过程的重要水力指标结果与物理模型试验结果进行对比分析。结果表明,RNGκ-ε模型对溢流坝泄流的流态模拟效果最好,与物理模型试验结果最为一致;LES模型对坝面水流流速、坝面压强及空化数的模拟效果最好;采用标准κ-ε模型模拟出的各个指标精度最低。因此,针对溢流坝泄流过程数值模拟,应优先采用RNGκ-ε模型和LES模型。     

直列6缸发动机半阶次振动分析及优化

为降低发动机振动速度,以某直列6缸发动机为研究对象,分析各阶次激励特征,通过整体振动试验、整机模态试验、工作变形分析,确定振动原因,并进行结构优化及试验验证。结果表明：该发动机扭转模态频率较低,并与4.5阶扭转激励耦合,导致发动机机体产生扭转共振,振动速度过高,不满足开发要求;增加机体加强板,可提高扭转模态频率,降低整机振动速度,满足开发要求。     

毛家河水电站溢洪道三维数值模拟

为寻求毛家河水电站溢洪道较优的泄洪消能形式,以质量守恒及动量守恒为基础,建立了κ-ε湍流模型封闭雷诺方程组,采用VOF方法追踪自由液面,对溢洪道泄流能力、水面线、底板压力及槽身和下游河道的流速进行了三维数值计算,数值计算结果与模型试验结果吻合较好,并根据工程实际情况拟定了多种方案对溢洪道全域及下游河道进行了数值模拟。计算结果表明,设置中隔墙并使左、右泄槽挑流鼻坎错开布置方案,溢洪道槽身段水流流态较好,挑射水流与下游河道水流衔接平顺且对两岸岸坡冲刷较轻,总体效果较好。     

非均匀来流条件下风力机翼型结构非线性气弹稳定性研究

大型化趋势下风力机叶片刚度降低，出现颤振的风险增加，且风力机在运行中不可避免受到非均匀来流的影响。为考虑这一问题，对垂直方向波动来流中具有结构非线性的翼型气弹稳定性进行研究。基于小攻角假设，采用线性气动力模型建立考虑三次硬化刚度与非均匀来流作用下的二自由度二维翼型气弹模型，并通过数值积分方法对翼型气弹系统的动力学方程进行求解，得到不同来流工况下翼型系统的稳态响应形式。从时域、相轨迹以及频域上对获得的翼型振动信号特征进行分析，结果表明翼型受到垂直方向来流的激振作用出现强迫振动，在低流速下和临界速度附近造成振动强度明显放大，模糊颤振边界并使诱发颤振条件下翼型振动更加剧烈；在波动来流作用下气弹失稳的俯仰振动能量在一个频率带上分布，且在高于颤振频率的位置存在另一峰值，标志颤振的诱发是由俯仰振动受到气动力影响耦合到沉浮频率上所导致。     

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。     

考虑流固耦合的泵站压力管道激振特性有限元分析

为探究大型高扬程泵站压力管道运行时高频激振的诱因和振动特性,以甘肃省景电二期总干七泵#1压力管道为研究对象,采用附加水体质量法建立基于ANSYS有限元的简化流固耦合仿真模型,对压力管道的激振特征进行数值模拟,分析不同机组启闭工况下压力管道的振动模态及位移变形规律,揭示压力管道的主要振动变形特性。结果表明,在多种运行工况下,压力管道弯管段和大小管连接段振动比较明显,且高阶模态的振型振幅高于低阶模态,不易被激振的出水管随着阶次的增高也逐渐产生振动变形。经DASP测试系统现场振动监测表明,数值模拟结果与现场测试结果吻合良好。该结论可为高扬程泵站压力管道避振、减振优化设计提供技术支撑,也为同类泵站工程的更新改造设计和安全运行提供理论依据。     

天生桥水电站溢洪道三维数值模拟

以天生桥水电站为例,采用Flunet软件、有限体积法、κ-ε紊流模型及VOF方法相结合处理自由水面,并对溢洪道泄洪流场进行了三维数值模拟,给出了溢流堰泄流能力、水面线、底板压强分布、水流空化系数分布及典型断面流速分布.数值模拟结果与模型试验结果对比表明,该方法较精确、稳定可靠,为同类工程的优化设计提供了参考依据.     

面板堆石坝中接触面及面板动力特性研究

针对垫层与面板间接触单元刚度的选取和垫层厚度对面板应力的影响大小尚无统一的认识问题,通过数值模拟试验确定了接触面模型参数的合理取值范围,研究了不同垫层厚度对面板动力特性的影响.结果表明,面板的变形主要由堆石体的变形引起,改变垫层厚度对面板的变形影响不大,但对面板的拉压应力幅值及分布情况影响较大,面板的拉压应力幅值及分布情况随垫层厚度的增加而得到较好的改善.     

基于BIM的面板坝动态设计方法研究及实践

面板坝在我国水利水电建设中应用广泛、发展迅速。针对面板坝常规设计的局限性，提出了基于BIM技术优化面板坝设计方法，通过可视化比选定线、结构参数化设计和模图表关联计量，实现了趾板定线动态比选、结构应力动态计算和坝体挖填动态决策，并分析了模型成果的数字化应用。进而将该方法应用于高坪桥水库面板坝设计，通过开发BIM插件、可视化编程和定制智能横断面，对趾板定线、BIM-FEM联合分析和分区计算起到了提质增效的作用；同时模型成果轻量化交付，支撑“高坪桥数字水库智慧应用”,发挥BIM全生命周期价值。     

挤压边墙对面板堆石坝结构性态的影响分析

为深入了解挤压边墙施工对面板及堆石体应力和变形的影响,以柬埔寨某混凝土面板堆石坝为例,采用三维非线性有限元法建立了坝体三维有限元模型,对比分析了采用传统施工法与挤压边墙施工法时大坝应力和变形的变化规律,研究了挤压边墙对堆石体和面板应力和变形的影响。结果表明,正常蓄水位工况下采用挤压边墙施工对堆石体的应力和变形影响不明显;混凝土面板的顺坡向压应力减少约400kPa,拉应力区明显减小,拉应力值减少约800kPa,面板挠度减少约20mm,可见面板的受力状态和挠度有较大改善。     

广义塑性模型在面板堆石坝静力计算中的应用

为了探讨广义塑性模型在土石坝仿真分析中的适用性,分别采用广义塑性模型和邓肯E-B模型对卡基娃堆石坝进行三维有限元静力计算,并结合现场监测资料,对比分析了不同本构模型下堆石和面板应力变形的差异。结果表明,两种模型计算的堆石应力变形规律相似,广义塑性模型计算的水平位移和沉降远小于邓肯E-B模型,更符合实际观测资料;第一主应力比较接近,第三主应力相差较大;竣工时面板变形规律基本一致,蓄水期时面板坝轴线方向位移分布差别较大,邓肯E-B模型计算的面板挠度大于广义塑性模型。与广义塑性模型相比,邓肯E-B模型计算的面板压应力偏大、拉应力区域较大。     

卧式多级离心泵转子系统的谐响应特性分析

为研究卧式多级离心泵转子系统发生振动时各个位置的谐响应规律,通过Ansys Workbench软件进行模态分析的基础上,在某型号的多级离心泵转子各级叶轮上施加激励压力,分析泵转子系统正应力响应和变形响应。结果表明,各个节点中第一级口环节点位置的变形响应和左端轴承节点位置的正应力响应幅值最大,并对第一级叶轮外径边缘上施加的激励压力最为敏感,其响应均发生在泵转子系统第2、6阶固有频率附近,其中第一级口环变形响应最大值出现在靠近叶轮进口处,左端轴承位置表面的正应力响应沿轴线呈对称分布,其上拉应力和压应力的最大值均出现在靠近轴承位置表面边缘处。     

台阶式泄洪槽水工模型试验研究

为验证山西省某森林公园台阶式消能泄洪槽设计的合理性,通过模型试验研究了该消能泄洪槽不同流量工况下的流态、台阶平面压力、流速分布及消能效率。结果表明,在试验流量范围内,泄槽内为跌落水流和过渡水流,掺气不明显;台阶平面压力变化范围为-9.7~24.4kPa,当流量为6m^3/s时,出现最大负压9.702kPa;除#3消力池进口处外,三段台阶式消能段均为泄槽底部流速较小,对泄槽底部冲刷较小,泄槽水流表面流速最大;在不同流量下台阶式泄槽+消力池联合消能率均超过了90%,其中大部分能量消散在溢洪道台阶上。研究成果可为类似工程提供参考。     

高原工况压气机叶轮振动失效特征分析

针对高原工况下离心压气机叶轮振动失效问题,以某增压发动机压气机叶轮为研究对象建立仿真模型,使用非定常计算流体动力学方法分析高原共振工况下叶轮受到的气流激励时域与频域特征,并基于单向流固耦合,使用瞬态动力学与谐响应方法研究气流激励作用下叶轮共振响应特征,得出高原工况叶轮振动失效原因。结果表明,高原工况叶轮在4阶气流激励作用下发生共振,激励主要来源于叶片与蜗舌间的动静干涉作用,叶顶间隙泄漏流增大了吸力面20%弦长位置的压力波动。气流激励下叶轮共振导致叶片前缘振动应力升高,振动应力幅值达101.5 MPa,与实际叶片振动失效情况一致。     

混凝土重力坝坝体与坝基弹模比敏感性分析

为研究混凝土重力坝坝体与坝基混凝土的弹模在不同比值下对坝体应力和变形的影响,以某碾压混凝土重力坝#10坝段为例,采用Ansys有限元分析软件建立相应的三维模型,研究了坝基与坝体不同弹模比下坝体的应力和变形特性。结果表明,在正常蓄水位工况下,坝体安全度最优的弹模比区间为αE=0.5~1,尤其当αE=0.5左右时,通过增大坝基弹模,对建基面进行优化来改善坝体和坝基的应力变形效果较好。研究结果可为200m级高坝工程建基面及地基处理方案的选择提供参考。     

带缘板阻尼叶盘系统高速旋转激振试验研究

在燃气轮机高压涡轮叶片上安装缘板阻尼结构可以有效降低叶片振动应力,为了掌握叶片振动特性,进而指导阻尼结构设计,以某船用燃气轮机高压涡轮转子为研究对象,开展带缘板阻尼叶盘系统高速旋转激振试验。设计了缘板阻尼结构形式,开发了雾化油滴喷液激振试验系统;同时,模拟常温环境下的叶片工作载荷,结合试验数据分析获取叶片安装阻尼器前后的动应力变化情况。试验结果表明：所设计的试验系统能够很好地模拟叶片弯曲和扭转共振状态;无阻尼激振试验获取的叶片模态参数与理论计算值相当,试验结果验证了理论计算方法的准确性;安装缘板阻尼器后叶片弯曲振动应力下降明显,存在最优阻尼参数使减振效果最佳;根据叶片幅频响应曲线可以看出,缘板阻尼器使叶片非线性力学特征增强,出现叶片振动能量相互传递的现象。