齿墩形内消能工脉动压力特性研究

针对高速水流脉动压强负值会增大泄流边界发生空蚀破坏的问题,提出一种新型齿墩状内消能工,采用物理模型试验分析了3种齿墩形内消能工的消能特性、脉动压力特性和空化特性。结果表明,采用齿墩设施可增进消能作用并达到消能效果。通过对3种不同面积收缩比的齿墩形内消能工脉动压强研究,得到了脉动压强的分布规律,收缩面积比为0.451时的齿墩形内消能工脉动强度较小,抗空化性能更强,其脉动压强最大点的压强概率密度分布接近正态分布。     

齿墩式内消能工的压力及流速特性研究

为进一步了解齿墩式内消能工的特性,通过物理模型试验,分析了在齿墩数相同、面积收缩比不同的情况下齿墩式内消能工的过流能力、时均压强、脉动压强及脉动流速。结果表明,管道的过流能力主要由齿墩式内消能工的体型及尺寸决定;时均压强在齿墩进口处急剧下降,在距齿墩段进口0.2 D(D为试验管内径)处达到最小值,之后逐渐上升,到距齿墩段进口2.5 D处恢复平稳,且在试验范围内,面积收缩比越小,时均压强降幅越大,消能效果越好;脉动压强在齿墩段后出现最大值,面积收缩比ξ=0.375时脉动压强最大,其概率密度分布接近正态分布;脉动流速最大值出现在齿墩段出口处,管中心的脉动流速小于管壁处的脉动流速。     

有压管道齿墩型内消能工水力特性试验研究

为使消能体型尽可能减小对过流能力的影响,在洞塞内消能研究的基础上提出了一种齿墩型内消能方式,并采用4种方案进行了试验研究。分析结果表明,面积收缩比和齿墩数量、尺寸是影响消能效果的主要因素;各方案的时均压强在进口处迅速递减,在距齿墩段进口1.0D（D为管道直径）左右达到最小值,而后逐渐恢复,在距进口4.0D处趋于平稳;脉动压强在距齿墩段进口1.5D左右达到最大值,然后急剧衰减,在距进口6.0D处逐渐平稳。在试验范围内,齿墩型内消能工的消能率最高可达75%,能大量消除管道内多余的能量,是一种有效的消能型式。     

断面收缩比对齿墩式内消能工消能效率的影响

为了尽可能减小洞塞消能工对过流能力的影响,提出了一种齿墩式内消能工法,通过物理模型试验对不同收缩比的齿墩式内消能工进行了研究,分析了它们的过流能力、消能率及局部水头损失系数。结果表明,齿墩尺寸和形状是影响齿墩式消能工的关键因素,其面积收缩比越小,消能率越高,过流能力就越低;各方案的时均压强在进口处迅速递减,在距齿墩段进口1.15 D左右达到最小值,而后逐渐恢复,在距进口4.00 D处趋于平稳;当收缩比逐渐增大,局部阻力损失系数逐渐减小。     

面积收缩比相同条件下不同体型齿墩式内消能工对管道内部水力特性的影响

为研究同一面积收缩比情况下不同体型齿墩式消能工对管道内部水力特性的影响,采用物理模型试验与理论分析相结合的方法,分析了5种方案消能工的消能率、过流能力、时均压强和脉动压强的变化特征。结果表明,面积收缩比相同时,方案3消能率最小,齿墩高度比不等于0.5时消能率随齿墩高度增加而增大,流量系数的变化规律则相反;时均压强系数在消能工进口处骤降,并在距离消能工进口4 D处逐渐恢复至稳定,但比消能工进口处低2.5～2.8,表明齿墩高度比对时均压强系数影响较小;脉动压强系数沿程基本呈双峰分布,双峰分别位于消能工进口和出口附近,第二个峰值最大值及最小值分别是方案2、3。综合分析后知方案2最佳,为推荐方案。     

二级齿墩旋转内消能工的试验研究

为了满足过流能力的同时进一步提高消能效果,在一级齿墩式内消能工研究的基础上,采用理论分析和物理模型试验方法,对断面收缩比为0.5、齿墩数目为4、齿墩长度为13.5cm的二级齿墩进行物理试验,分析了二级齿墩式内消能工相对旋转后的水力特性。结果表明,脉动压强系数沿程分布规律基本一致,从一级齿墩开始到二级齿墩结束,受齿墩突缩突扩影响,脉动压强系数变化最明显,在4.2倍的管径附近脉动压强系数达到最大,在6.5倍的管径附近,脉动压强系数逐渐恢复平稳;当两个齿墩相对旋转角越小时,过流能力越好,消能率越小;当两个齿墩相对旋转角越大时,过流能力变弱,消能率变大。     

齿墩内表面不同的两种体型齿墩式内消能工的数值模拟

为了研究两种体型齿墩式内消能工对管道内部水力特性的影响,采用FLUENT软件中的κ-ε数学模型模拟分析了齿墩内表面为平面(体型Ⅰ)和齿墩内表面为圆曲面(体型Ⅱ)两种体型消能工的流场、压力场、紊动能及水力参数等.结果 表明,相同流速下齿墩内表面由曲面变为平面会扩大压强变化段长度和减小消能工出口处低压区的压强,且在大流速时...     

梯形消能墩—台阶组合式消能工水力特性研究

为降低台阶负压,减少空化空蚀的影响,提高台阶消能效果,在传统台阶凸角位置增设梯形消能墩组成梯形消能墩—台阶组合式消能工,采用水工模型试验与数值模拟相结合的方法,研究梯形消能墩—台阶组合式消能工的水力特性。结果表明,梯形消能墩—台阶组合式消能工台阶水平面与竖直面在靠近凸角附近存在负压,有发生空化空蚀破坏的可能;但台阶水平面与竖直面负压区掺气浓度基本大于5%,可有效降低空化空蚀危害;在本研究范围内,梯形消能墩—台阶组合式消能工消能率可达70%以上,消能率随流量的增大而降低。该组合式消能工有利于减小台阶空化空蚀危害和提高台阶消能效果,可为台阶消能工设计和现有台阶溢洪道除险加固提供参考依据。     

齿墩式内消能工的水力特性数值模拟研究

为了进一步研究齿墩式内消能工的水力特性,采用数值模拟方法,利用Gambit软件建立齿墩式内消能工的计算网格,借助Fluent软件中RNGκ-ε双方程紊流模型对水流流动进行数值模拟,物理模型试验结果与数值模拟结果吻合较好,并在此基础上利用数值模拟方法分析了齿墩式内消能工的压强、流速、消能率及过流能力等水力特性。结果表明,在齿墩入口处管道中心附近的压强明显小于管壁的压强,进入齿墩段,压强骤降形成低压区;在齿墩下游0.1 D(D为管道直径)处压强降到最低,之后开始恢复,并逐渐趋于平稳,压强恢复区长度约为3 D;在齿墩末端正后方形成漩涡回流区,漩涡长度约为1.2 D,之后流速分布趋于均匀;与相同面积收缩比的洞塞式内消能工相比,虽然消能率相应降低,但其流量系数的增幅大于消能率的减幅,有利于缓解过流能力与消能效果的矛盾。     

二级齿墩式内消能工的数值模拟

为了进一步研究齿墩式内消能工的水力特性,提出了一种新型的消能方式,即二级齿墩式内消能工。通过建立标准κ-ε数值模型对单级齿墩式内消能工进行数值模拟,并与物理模型试验的结果进行对比,验证了模型的准确性,进而对二级齿墩式内消能工的部分水力特性进行数值模拟。结果表明,在齿墩段间距不变的条件下,随着面积收缩比减小,管道的过流能力变弱,消能率增大,压强降幅明显;在面积收缩比不变的条件下,齿墩段间距在一定范围内的增长会使管道消能率变大,过流能力减弱,最小空化数减小,产生负压和空化现象的可能性增加;当齿墩段间距大于80 cm时,管道的过流能力及消能率基本保持稳定。     

消力池渐变段体型对消能效果的影响

针对黄金坪泄洪洞消力池受地形地质条件的限制,消力池长度明显不足、水跃跃首流态较差、消能效果不理想的问题,通过水力学模型试验,调整优化了泄洪洞出口跌坎高度、挑角及坡度体型,并观测了消力池水流流态、水面线、临底流速、底板压强、出口流态和流速等水力特性指标。结果表明,与原设计方案相比,调整体型后的消力池流态得到了很好地控制、消能效果增强,消力池出池水面跌落和流速均有所减小,各项水力学参数指标满足设计要求,通过体型优化实现了在原有消力池长度条件下改善流态和增强消能的目的。     

一种新型溢流坝面结构的消能效果及空化特性研究

发展新型溢流坝面结构对提高大坝的泄洪消能能力有重要意义.针对高坝水头高、下泄水流能量大而传统坝体消能效果较差、工程下游河道冲刷严重的问题,设计研发了一种包含分道挑流结构的新型溢流坝面结构,通过室内水力试验观测其挑流消能效果,引入消能率的概念定量测算溢流坝面结构的消能效果,同时通过数值模拟试验讨论溢流坝面结构空化特性及冲...     

转叶孔板螺旋流消能的影响因素试验分析

为解决供水工程中的过剩水头问题,常在有压输水管道中配置合适的消能装置,转叶孔板螺旋流消能是一种新型的内消能方式,通过转叶孔板螺旋流消能装置的水力特性试验,可知影响转叶孔板螺旋流消能效率的主要影响因素有雷诺数Re、转叶孔板开口角度和孔板之间的相互扭转角度,还有试验装置结构的设置。根据试验数据计算分析各个影响因素对消能效率的影响。结果表明,转叶孔板螺旋流消能效率与转叶孔板之间的扭转角成正比,与雷诺数成正比,与转叶板的开口角度成反比。试验装置在进口段和出口段设置管径突变均对消能有利,该装置比与其消能原理类似的孔板消能装置更实用,且消能效率更高,对下游建筑物设施起到良好的保护作用,可推广应用。     

益洪道陡槽弯道设置导流墙对挑流消能的影响

为验证溢洪道陡槽弯道设置导流墙对挑流消能效果的影响,以某水库为例,对弯曲溢洪道进行水工模型试验,对比了溢洪道陡槽弯道设置导流墙前后挑流流态、冲坑淘刷形态和消能率,评价了导流墙对挑流消能效果的优化作用.试验结果表明,溢洪道陡槽弯道设置导流墙使水流流态分布均匀、冲刷坑面积及深度减小且对称分布,消能效果更好.