科研、教学简讯

为适应生产与科研的需要,近年来,水利水电科学研究院水力学研究所在高速水流脉动及水工建筑物的振动问题作了一系列工作。为研究大渡河二滩水电站厂房顶溢流时高速水流引起厂房结构振动问题,进行了建筑物断面模型试验。量测了水流压力脉动强度及谱特性(包括建筑物表面一些特征点的水流压力脉动特性,以及一些局部表面所受总压力的脉动特性),然后,将水流压力脉动特征值作为输入数据,利用随机荷载下建筑物结构振动二维有限元程序,计算出二滩水     

水工弧形闸门水流脉动压力特性的试验研究

弧形闸门属轻型结构,其振动、稳定性等直接与水流脉动压力相关。为研究弧形闸门上水流脉动压力特性,在试验室内开展了一系列模型试验,通过对闸门面板上大量测点水流脉动压力数据的系统分析,获得了水流脉动压力幅值和频率在闸门面板上的分布规律,以及闸门开度、上下游水位变化对脉动压力的影响。     

水工弧形闸门水流脉动压力特性的试验研究北大核心

弧形闸门属轻型结构,其振动、稳定性等直接与水流脉动压力相关。为研究弧形闸门上水流脉动压力特性,在试验室内开展了一系列模型试验,通过对闸门面板上大量测点水流脉动压力数据的系统分析,获得了水流脉动压力幅值和频率在闸门面板上的分布规律,以及闸门开度、上下游水位变化对脉动压力的影响。     

泄洪振动分析中脉动压力的模拟

在泄洪振动分析中关键之一是确定作为激励荷载的水流脉动压力，对于一定泄洪工况下的水流脉动问题，可以作为平稳高斯过程处理，结合脉动功率谱图，按照三角级数模型可以模拟水流脉动压力的过程线，从而实现对结构的泄洪振动分析，本文结合工程实际，采用计算程序模拟脉动压力进行泄洪振动分析，对解决类拟问题有一定的参考价值。     

厂顶溢流式水电站厂房振动分析

本文以国内某厂顶溢流式厂房为研究对象,建立了动力分析有限元模型,结合厂房结构自振特性及可能的振源特性进行了共振校核。根据试验资料,利用相关分析原理推求了水流的点-面脉动压力转换系数,采用时程分析法比较了机组动荷载和水流脉动压力对结构振动响应幅值和频率特性的影响。研究表明,水流脉动压力频率与厂房结构的自振频率相差较大,不会引发厂房结构的共振;机组荷载是引起厂房结构振动的主要因素,水流脉动压力的影响较小;厂房上部结构的振动响应水平高于下部结构,因此设计中应注意上部结构的刚度突变问题。     

消力池护坦板上水跃脉动压力的特性分析

中高水头泄水建筑物泄水时,由于高速水流内部的紊动特性等原因,水流存在脉动现象。这种脉动现象在水流内部表现为流速脉动和压力脉动,而反映在固体边界上,则为压力的脉动。水工建筑物的振动和空蚀都与水流压力脉动的频率和幅值有着密切的关系。因此,脉动压力的研究日益引起人们的重视。而水流脉动压力对坝体、厂房顶溢流面板和消力池底板等建筑物的影响尤其令人关注。但是,引起水流脉动的原因极其复杂,它的内部实质还未     

黄河柳园口渠首涵闸闸门振动问题研究

针对黄河柳园口渠首涵闸闸门启闭时出现强烈振动的情况，重点对启门、闭门过程中启闭杆受力的变化特点及门后水压力的脉动变化规律进行了观测、分析。结论认为：门后水流的脉动变化及闸门重量正好在振动危险区是闸门振动的主要原因。建议在今后新建或改建水闸时，应注意调整门后水流流态，减小闸门传力结构各部分的间隙，避免门体结构的固有频率与水流的脉动频率同步，以达到防振或减振的目的。     

万安水利枢纽底孔坝段中隔墙流激振动响应分析

 研究了万安水利枢纽底孔坝段中隔墙在水流脉动壁压作用下的结构随机振动问题，进行了一种泄流工况下的隔墙结构流激振动响应统计量的理论计算，模拟计算了隔墙－水流－基础耦合系统固有频率对流激振动响应的影响，并对水流脉动壁压随机荷载作用下的结构动力可靠度进行了理论分析。     

消力池底板及导墙脉动压力特性试验研究

消力池底板属轻型结构,其结构的振动、抗冲、稳定等均与底板水跃区的水流脉动强度直接相关。依托某工程,对底流消能的消力池底板及导墙脉动压力特性进行了较系统的水力学模型试验研究,通过对水流脉动压力测试数据的综合分析,获得了消力池底板及导墙动水压力的分布规律以及点、面压力脉动的换算关系。研究丰富和发展了消力池及导墙的脉动压力特性研究,可为底流消能形式的水流动力特性深入研究提供科学参考。     

水流脉动压力作用下溢流面板坝泄槽模态分析

依据溢流面板坝泄槽水流脉动压力的分布规律和时域荷载构造方法,采用模态分析法对不同泄流条件下系统频率以及坝料弹模、泄槽刚度对其频率的影响进行了研究。结果表明,溢流面板坝泄槽在水流脉动压力作用下的系统模态主要取决于泄槽中的流速,当流速大于40 m/s时,系统频率降低较快,易与水流脉动压力的主频范围重叠,从而导致系统结构振动失稳,设锚杆使系统基频降低速率明显变缓;坝料弹性模量及泄槽刚度对系统频率也具有较大影响,提高坝料弹性模量及增大泄槽板厚有利于避免水流脉动压力诱发系统振动。研究结果可为同类坝型的结构设计和泄流状态的安全评估提供参考。     

三峡溢流坝左导墙流激振动有限元计算分析

三峡工程溢流坝泄水时 ,泄洪水流将对导墙产生较强的水流脉动压力和激荡力作用 ,可能诱发结构振动 ,甚至导致工程事故。以左导墙为研究对象 ,在总结了水弹性模型流激振动试验和相应计算的基础上 ,水弹性振动模型试验实测的脉动压力成果 ,按水弹性相似律进行转化 ,采用逐步积分方法 ,对导墙模型结构和原型结构作流激振动响应分析比较 ,并对点面转换系数进行了探讨 ,最后对导墙的安全度进行了综合性评价 更多还原     

溢流坝流激振动响应计算方法

为计算方便，将作用在坝体上的水动力荷载分解为两个部分，即由于水流紊动而产生的水流脉动压力和由于坝体振动引起附加扰动流场而产生的动水压力。计算时用定义在频域上的相干函数来分析模型试验测得的脉动压力在各个结点之间的时空相关性，同时考虑了脉动压力在不同频率分量上相关程度的不同，形成脉动水流的结点荷栽，基于此建立了模型实验和数值计算相结合的溢流坝结构流激振动响应计算方法。     

淮安三站结构振动特性及抗振分析

为分析淮安三站的结构振动特性及成因,采用有限元动力分析方法,根据灯泡贯流式泵站的结构特点,建立三维有限元模型,深入分析了淮安三站结构的自振特性、动力响应及振动成因,并针对振动问题进行了抗振减振措施研究。结果表明:淮安三站振动主要成因为下部结构与水流脉动压力发生共振,在水流脉动压力作用下淮安三站泵房结构所产生的动位移较大,基本接近建筑结构振动允许位移值标准;通过增加泵房楼板厚度和加大梁截面尺寸等措施可达到抗振减振的目的。     

护坦破坏原因及计算方法探讨

本文根据工程实例分析,阐明在岩基上护坦破坏的主要原因是低频脉动水流产生的振动,它首先使护坦与岩基粘结破坏,然后引起护坦自身断裂,最后在脉动力矩等作用下将护坦毁坏。根据脉动压力性质和护坦结构特征,本文对护坦的动力反应、振动内力及倾覆稳定提出计算方法,为设计应用。     

厂房顶溢流脉动的相干结构与相似律的研究

一、概述本文的试验研究工作是从池潭水电站厂房顶溢流的振动试验研究中引伸出来的。这种厂房的振源——水流脉动是一种比较复杂的随机载荷。近年来,国内外对于紊流理论有了新的发展,对壁压脉动与紊流边界层的特性作了不少有益的探     

小浪底电站1~#孔板洞高水位过流振动观测分析

介绍了小浪底水电站1#孔板洞高水位过流原型试验中进水塔及左岸山体振动原型观测情况,并对进水塔振动规律进行了总结。结果表明:弧门全开过流时,水流脉动造成的进水塔结构振动响应最大;弧门开度越大进水塔结构振动响应越大,水流能量有一部分转化为结构的振动能量;弧门开度从0.8变化到0.9时,水流量有个骤然变大的过程,从而导致0.9开度与0.8开度下的结构振动有个突变的过程。     

自动滚筒闸门脉动压力特性试验研究

用于多泥沙河流的自动滚筒闸门在自动启闭过程中会因水流脉动压力而产生振动,引起闸体失稳或结构破坏。针对自动滚筒闸门启闭过程中水流边界条件情况,制作了滚筒闸门模型,对不同上游水位、不同开度时水流脉动压力进行了物理模型试验。试验表明,自动滚筒闸门水流脉动压力过程具有呈正态分布的随机平稳特性,闸门脉动压力主频为轴流泵转轮叶片频率,闸体下缘跌坎处旋涡导致水流紊动强度增大而产生0.5 Hz低频脉动压力,低频脉动压力沿闸体迎水面向上游传递,振幅逐渐减小。脉动压力主频幅值与闸下开度正相关,与上游水深负相关,低频脉动压力幅值与闸下开度负相关;过圆筒中心逆时针角度为0°、45°、90°、135°、180°对应的圆筒壁处布设5个测点,水深由28.04 cm至34.04 cm时其脉动压力主频幅值分别减小了10.9%、13.3%、42.9%、20.6%、36.2%,闸下开度由0 cm增大到5.0 cm时脉动压力主频幅值增大了139.1%、139.8%、20.6%、57.2%、91.8%。     

大宽高比弧形钢闸门流激振动数值分析

针对大宽高比弧形钢闸门在水流脉动作用下的动力特性问题,以某节制闸弧形钢闸门为例,建立闸门有限元模型,分析流固耦合、支臂厚度对闸门振动特性的影响。基于随机振动法得到闸门在脉动水流作用下的流激振动位移与应力响应,并利用动力系数法对闸门动力响应做出评价。结果表明:闸门基阶振动受水体影响较小,低阶振动受支臂影响较大;闸门典型工况下的流激振动位移响应最大值为4. 029mm,动应力最大值为61. 247MPa,动力系数均低于1. 20,总体动应力水平较低,在动水作用下可安全运行。     

混流式水轮机顶盖振动信号的精细分频研究

高水头长引水隧洞电站在水力过渡过程中具有振荡周期长、振幅大、波动衰减周期长等特点,水轮机顶盖振动可以较好地反映该规律。本文依据真机试验,采用小波和小波包联合分析方法,对一大型电站变负荷振动试验中顶盖的振动响应测试信号进行了精细分频分析。结果表明:高水头长引水隧洞电站的水流脉动、尾水涡带和水击波频率较为接近,三者共同作用,导致顶盖强烈的振动响应;其中,水流脉动和尾水涡带是引起顶盖振动的最主要原因;同时也证明了小波和小波包联合分析方法是处理水电站振动信号的一种较好的方法。     

WES堰消力池底板脉动压力与噪声耦合试验

通过试验在不同流量和不同下游水位下对WES溢流堰消力池底板的脉动压力和水流噪声进行测量,研究WES溢流堰消力池底板水流脉动压力与水流噪声的关系。结果表明:水流脉动压力及噪声值都随流量的增大而增大,消力池底板水流脉动压力与噪声值有一定的相关性,脉动压力值最大断面与消力池噪声值最大断面相同,但变化趋势不完全相同;水流与固壁之间的相互作用和水流紊动是引起水流噪声的主要因素。