突扩廓道体型减免高水头船闸输水阀水空化研究

高水头船闸存在的主要关键技术问题是船闸输水阀的空化与空蚀问题。本文在综合研究国内外改善输水阀门空化的措施基础上，提出了突扩廓道体型以及减免输水阀门空化，通过物理模型试验和原型观测研究，充分论证了突扩廓道体型减免空化的效果，结合三峡工程连续五级船闸水力学试验研究，优化了突扩廓道体型，提出了结构简单，具有很强抗空化能力的底扩体型。     

反弧形输水阀门底缘空化减免措施研究

从提高空化数的角度出发，研究了减免反弧形输水阀门底缘空化的措施，并通过理论分析，推导了对底缘空化最不利的阀门开启速率。     

高水头船闸阀门顶缝空化切片试验研究

针对日益严峻的高水头单级船闸阀门顶缝空化问题,采用能够真实反映缝隙流特性的1:1切片模型试验,研究阀门顶缝空化特性及门楣自然通气防空化机理。研究表明,随着空化的发展,缝隙段依次发生喉口跌坎空化、主流中心空化和阀门面板空化,缝隙段负压区不断延伸,直至整个缝隙段达到稳定的-10 m水柱负压,压力脉动很小;门楣自然通气通过增加缝隙段压力,消除主流中心空化和阀门面板空化,抑制喉口跌坎空化。当采用门楣自然通气措施后,缝隙段压力稳定在-2 m水柱左右,空化消失,缝隙段水流脉动压力增大;缝隙段压力与单宽通气量近似二次多项式关系,通气量极值对应的缝隙段压力约-2 m水柱,此时缝隙段压力与通气量达到平衡状态,当缝隙段压力逐渐升高时,门楣通气量逐渐降低,直至自然通气停止。     

高水头船闸阀门段体型优化三维数值模拟

采用动网格技术和VOF方法对阀门开启过程进行非恒定流三维紊流数值模拟,分析阀门段水流急变分离的流态、流速、压力等水力特性参数的时空演化规律,分析出现空蚀危险的区域和时刻。针对阀门后突扩体顶板和升坎凸弧处出现的较低负压问题,提出8种体型方案,并分析体型参数对流速、流态、压强分布的影响,遴选出最佳体型。分析结果表明,方案3的顶板压强最大,方案8的升坎凸弧处压强最大。     

船闸廊道输水阀门振动研究进展

本文根据国内外船闸廊道输水阀门运行中发现的振动情况及80年代以来我国高水头船闸设计与研究中取得的成就，讨论了船闸廊道输水阀门振动研究方面的进展。文中分析了阀门作用力的性质、量级及其影响因素，阐明了研究阀门结构动特性的重要性，介绍了结构动特性及其优化问问设计的最新技术。结合实际工程论述了应用这些新技术所取得的显著效果。这些成果可为今后高水头船闸阀门设计与科研提供参考。     

船闸廊道输水阀门振动研究进展

本文根据国内外船闸廊道输水阀门运行中发现的振动情况及８０年代以来我国高水头船闸设计与研究中取得的成就，讨论了船闸廊道输水阀门振动研究方面的进展。文中分析了阀门和用力的性质，量级及其影响因素，阐明了研究阀门结构动特性的重要性，介绍了结构特性及其优化阀门设计的最新技术，结合实际工程论述了应用这些新技术所取得的显著效果，这些成果可为今后高水头船闸阀门设计与科研提供参考。     

突扩突跌体型与偏心铰弧门运行方式问题

高水头泄水孔选用突扩突跌与偏心铰弧门配套布置型式，是一种值得十分重视的通气设施。本文分析研究了突扩突跌体型与偏心铰弧门的水力学问题，指出了弧门局部开启运行时应避免的最不利开度，并总结提出了克服“水翅”的补救措施。     

龙羊峡底孔突扩掺气体型的空化特性

龙羊峡底孔泄水道是龙羊峡工程最低一层泄洪设施，特点是采用突扩跌坎掺气体型，工程运用中产生了较严重的冲蚀破坏，为此进行了减压模型试验。试验着重对其空化特性进行了测试、分析，并对实际中产生冲蚀破坏的原因进行了探析，多方面的不利因素（高流速、突扩跌坎体型掺气的不充足、施工的种种不平整度）同时存在，引起冲蚀破坏。     

消除高水头船闸输水阀门空化的新途径

高水头船闸输水阀门空化是一项普遍存在、急待解决的课题。本文在水口船闸输水阀门水工模型和减压模型试验的基础上,提出了阀门后输水廊道为有限突扩空间型式。对有限突扩空间形状、尺寸、阀门与出口的相对位置及抑制空化之间的关系等进行了试验研究。试验证明,阀门后有限突扩体型具有自身补水、升高压力和超空穴结构的作用,它可以消除反弧形阀门底缘及其门顶止水缝隙处的空化。提出了解决高坝通航船闸输水阀门空化问题的新途径。本文推荐的4号突扩体型已被设计部门采用,该体型的有关资料可供其他高水头船闸输水阀门水力设计参考。     

高水头船闸阀门段廊道防空化设计

高水头船闸水力学的关键技术问题之一是阀门及阀门段廊道的空化。解决此问题的关键技术,包括合理确定阀门段廊道布置高程和廊道体型、输水阀门选型和开启方式等。对这些问题进行了较详细的分析和论述,并结合工程实例重点介绍了输水阀门和阀门段廊道防空化气蚀措施的最新设计研究成果,即根据不同的阀门段廊道体型,配合门楣通气,同时辅以其他通气方式,能有效地抑制阀门底缘空化,提高阀门段廊道整体抗空化能力,还减少了阀门段廊道的埋置深度,节省土建工程量。     

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。     

对不同空化模型的比较研究

目前关于水工建筑物中的空蚀破坏力的研究主要采用模型试验和数值分析手段,而在数值分析中多采用空化模型进行研究,空化模型的选择对于空化流动的计算有着重要的影响。基于Rayliegh-Plesset方程的空化模型有着广泛的应用,其中比较有代表性的有SchnerrSauer、Singhal及Zwart等空化模型,文章应用这3种空化模型对方头体的空化流动现象进行了定常和非定常数值模拟,其中紊流模型采用sst k-ω模型,并结合商业软件中的UDF方法 (用户自定义函数)对其黏性进行了修正。计算表明,Zwart、SchnerrSauer模型比Singhal空化模型具有更好的鲁棒性,且可观察到明显的空泡运动;SchnerrSauer模型得到的壁面压力系数分布和实验值最为接近;而Singhal模型在非定常计算中,能够获得由质量空化源周期性变化引起的周期性相变过程。     

低水头船闸输水系统水力参数研究

以实际船闸除险加固工程为试验对象,通过物理模型试验介绍低水头船闸闸室充泄水过程,重点研究输水系统水流流态以及闸室水位变化曲线。试验结果表明:原设计方案3 min均匀开启输水阀门实用可行,闸首水流流态稳定,纵向消力坎消能效果较佳,闸室内水位波动符合要求。     

汽蚀对离心泵性能影响的实验研究

离心泵长时间运转后,会出现危害严重的汽蚀现象,造成泵性能下降,严重时影响泵的效率、寿命,甚至造成离心泵内部部件损坏。文章通过改变进口压力的方法对单泵、双泵并联、双泵串联等工况下汽蚀对离心泵性能影响进行实验研究。结果表明:当进口压力小于输送液体的饱和蒸汽压时,液体开始发生气化并伴随气泡产生,表明泵内发生汽蚀;汽蚀初期离心泵的效率开始下降,但表现不明显;随着汽蚀不断增大至严重汽蚀区时,Q 1~η曲线出现陡坡,效率出现明显下降并伴随嗡响。实验证明采用提高泵的进口压力等措施可适当减小汽蚀对泵性能的不利影响。     

构皮滩水电站泄洪中孔体型空化特性试验研究

 构皮滩水电站泄洪中孔出口布置型式分平底式和上弯式两类,其最大运行水头 95.36 m ,事故检修门采用倾向上游的斜门槽,门槽区域流速超过30m/s。由减压模型试验成果知,上弯式中孔门槽区蒸汽型空化强度未超过初生阶段,其体型基本上为免空蚀体型;平底式泄洪中孔门槽区域空化严重,蒸汽型空化达发展阶段,通过体型优化方案比较,采取减小有压段出口面积或扩大有压段断面尺寸的措施都可有效解决上述问题。因此泄洪建筑物有压段内布置斜门槽时,应控制门槽断面平均流速不宜过大,否则其会较直门槽更易产生危害性较大的空化。     

气核成份及其对空化现象的影响

本文对气核的成份进行了分析。指出在有关空化现象的计算、分析和模拟中,气核成份的影响应当予以考虑。     

砂浆孔板洞临界空化荷载的实验测量及数值计算

本文介绍了一套用于测量空化荷载的自制仪器；给出了与砂浆孔板洞初生空蚀相应的临界空花荷载的测量结果；根据空泡动力方程；利用格尔莫方法数值模拟了与实验条件相应的空泡运动过程，并将计算的临界空化荷载与实验结果进行了比较。     

高填方涵洞加筋减载的数值模拟

为确定高填方涵洞加筋减载效果的影响因素及影响规律,在介绍加筋桥减载法及其减载机理的基础上,通过对加筋减载的高填方涵洞的数值模拟,研究了不同格栅层数、减载孔不同宽度、高度和侧壁角度以及减载孔不同填料性质时高填方涵洞的土压力变化规律,分析了高填方涵洞加筋减载的效果。结果表明:减载孔高度和减载孔填料模量对减载效果有较大的影响,减载孔高度越高,减载孔填料模量越低,减载效果越显著;减载孔宽度、格栅层数和减载孔填料的内摩擦角对减载效果影响较小,但减载孔宽度的增加使涵洞受力更均匀,有利于减小结构物内力。     

用正交法研究短叶片对水轮机空化性能的影响

为了研究短叶片各设计参数对混流式水轮机空化性能的影响,选取短叶片数、长短叶片包角比值以及短叶片周向偏置角3因素,制定了L16(43)正交试验方案,对每个试验方案进行数值模拟,得出影响空化性能的各因素主次顺序;水轮机性能最优情况下,短叶片的最佳参数为:叶片数为11,长短叶片包角比值为0.65,周向偏置角为8°。对最佳配置方案在设计工况点的数值模拟结果分析表明:其空化性能优于该型号常规转轮正常运行时的空化性能。     

三维异形掺气坎体形压力及空化特性研究

采用数值模拟的方法,对明流泄洪洞典型三维异型掺气坎(U型、V型和凸型掺气坎)进行了模拟,分析研究得出,V型坎和凸型坎与U型坎特性相比,压力具有一定的相似性,体形结构具有更好的连续性;不同掺气坎体形的最小压力分布均发生在坎末端,其主要原因是受空腔压力特性的影响,压力出现过渡特性,该区为空化敏感区。采用压力场与变密度方程相结合的紊流数值模拟,给出了三维异型掺气坎的空化发生和发展的范围;受空腔压力特性的影响,空化初生均发生在掺气坎末端,与其压力特性一致,每个掺气坎凹型部位是空化发生的敏感区。