高流速放空洞阶梯消能特性数值模拟

综合考虑阶梯布置型式、长度,利用3D紊流数值模拟方法,采用VOF方法跟踪自由水面,结合卡基娃放空洞工程的水力学模型试验,对放空洞泄槽段中布置不同型式和长度的阶梯方案,进行了数值模拟研究.研究结果表明,合理的阶梯型式和布设长度,可以改善水流流态,改善沿程的水流压力,显著降低阶梯下游水流流速,消能率随着阶梯布设长度的增加呈非线性增加,采用变长度和变坡型式的阶梯能更快地提高阶梯消能的效果.     

陡弯束窄型溢洪道内水流的流态控制研究

通过模型试验,对一具有复杂边界条件的溢洪道内水流的流态进行研究.比较了多种流态控制方案,提出了在泄槽的恰当位置增设贴底横坎的工程措施,该措施破坏了水流冲击波的迭合,有效地控制了泄槽的流态.     

溢洪道纵坡变坡衔接型式的比较

针对溢洪道泄槽纵坡由缓变陡的情况,提出了两种变坡衔接型式,即圆弧与抛物线.通过理论分析与模型试验,从时均压力、脉动压力、空化数等方面得出缓坡与陡坡过渡衔接部位采用抛物线型式较圆弧型式好的结论.     

有底部泄流的明槽水流水深理论解

本文研究底部泄流明槽水流的水深变化,得到水深比的理论解,并论证了解的唯一性。计算结果表明,明槽水流经过底部泄流后,水深将增大。     

小浪底工程消力塘防冲槽设计

小浪底工程由于水头高、泄水建筑物组合多 ,水流流态十分复杂 ,下游防护设计是一难题 .通过对消力塘下游防冲槽的设计及模型试验 ,确定了防冲槽合适的防护形式、范围和材料 ,经泄洪考验 ,防冲槽运用正常 ,下流泄水渠水注平顺 .取得的经验可供类似工程参考 .     

脉动压力对空化的影响

为了消除空化试验的比尺效应,具体分析脉动压力对空化的影响,从泡动力学方程得出水中气核的发育时间和临界压力,得出气核的生长时间小于水流的负脉动周期;另由于水流脉动对气核的振荡作用,使气核提前膨胀,促使空化提前发生,计算空化数时需计入脉动压力项。根据N-S方程分析了脉动压力的模型律,结合原型测量结果,得出在强紊动区中脉动压力满足重力相似律,但在溢流坝面、陡槽底部等处脉动频率比尺不满足重力相似律,频率比尺约为1。在进行强紊动区的空化实验时,应注意水流脉动对空化的影响。     

关于双层泄流排沙孔进口斜门槽涡带性质的研究

从减压、常压试验发现的双层泄流排沙孔进口斜门槽的涡带现象,经二元水洞试验验证,证明它是１条气带,并解释了这条气带的成因。该成果对正确判断三门峡双层孔斜门槽导轨的破坏原因和筛选工程改善措施,具有现实指导作用。     

挟沙水流浓度脉动特性研究

挟沙水流的速度脉动导致了泥沙浓度的脉动 ,文章利用MicroADV超声流速仪信号强度与泥沙浓度之间的关系 ,观测了挟沙水流浓度的脉动特征 ,对浓度脉动信号采用小波分解 ,对比分析了挟沙水流速度脉动与浓度脉动之间的关系 .结果表明 ,无论从微观结构 ,还是外在特征 ,挟沙水流速度脉动与浓度脉动之间存在着内在联系     

倒U型泄洪洞水力特性试验研究

雷公洞枢纽是岩溶地区堵塞溶洞形成的水利水电工程,受其特殊的地形地质条件限制,泄洪洞采用了较为罕见的倒U型布置,洞内最大水头140m,下游陡坡泄槽段最大流速高达50m/s左右,各种因素使得本工程泄洪洞水力特性变得十分复杂.通过模型试验研究这种高水头、高流速且布置形式特殊的泄洪洞水力特性:水流流态、压力、流速以及空化情况等,并比选了不同的闸门方案及闸门槽与下游泄槽之间的衔接段体型,给出了泄洪洞体型的优化修改意见,研究成果可为类似工程设计提供参考.     

阶梯溢流坝的水流特性与消能效果

本文通过试验分析，对设置在高坎宽顶堰上的阶梯坝面消能工的水流特性进行了系统研究，并与无阶梯溢流坝作比较后认为：在阶梯溢流坝面上形成的滑掠水流流态，使泄流水舌表面充分掺气，底缘形成含气漩滚。掺气后的水深和流速沿程保持稳定，可大量消散泄流动能，改善坝址下游的水力条件。设置于溢流坝面的阶梯是一种有效的消能工，并具有一定的防空蚀作用。阶梯消能的效果，与下泄单宽流量、坝高、台阶高度、溢流坝面斜率及堰面上滑掠水流的流程长度有关。     

宽尾墩后局部边墙对掺气效果的影响

为了解决X型宽尾墩后台阶面的掺气问题,本文提出了在宽尾墩后设置局部边墙这一新的掺气设施,采用模型试验对比研究了有无局部边墙情况下阶梯面的流态、压强、掺气效果等特性。结果表明,无局部边墙时,水流出宽尾墩后在阶梯面向两侧扩散,封堵了掺气通道,极易发生空蚀破坏;设置局部边墙后,水流出宽尾墩后由于受到边墙的约束,能形成稳定的掺气空腔,掺气充分,可有效减免台阶面的空蚀破坏。宽尾墩后局部边墙结构简单,易于施工,掺气效果好,可有效解决同类工程的掺气减蚀问题。     

低Fr数非完全宽尾墩消能特性研究

为了在低Fr数底流消能中应用宽尾墩来增强消能效果,通过水工模型试验和数值模拟相结合的方法研究非完全宽尾墩的消能机理和消能效果。数值模拟的计算成果与水工模型试验成果吻合较好。研究表明:非完全宽尾墩对泄流能力影响很小,不会增大消力池底板脉动压力,且可以增加消力池内的速度梯度,达到附加消能的效果,即在提高消能率的同时,可以消除出池波状水跃。非完全宽尾墩布置方案对中小型水工枢纽布置有较强的参考意义。     

前置掺气坎式阶梯溢洪道体型特点及工程应用试验研究

为了避免阶梯溢洪道中前几级阶梯表面发生空蚀破坏,将掺气坎应用到阶梯溢洪道体型设计中,形成前置掺气坎式阶梯溢洪道。这既能充分利用阶梯增加沿程消能的优点,又能扩宽阶梯溢洪道的应用范围。工程模型试验成果表明,通过掺气坎和阶梯的体型优化,各级流量的消能率均达到70%左右。1:40物理模型试验上实测溢洪道阶梯竖直面后的掺气浓度沿程分布均大于5%。研究表明这种新型阶梯溢洪道掺气量与掺气浓度易于控制,底部掺气充分,抗空蚀性能优越,消能率高,可以在高水头、大单宽流量溢洪道中推广应用。     

火电厂燃料输送系统落煤点粉尘治理新技术的应用研究

针对火力发电厂输煤系统粉尘严重超标、危害严重的问题,分析其原因主要有:冲击风量过大,形成系统正压;落煤管截面积大,形成诱导风;自动控制程度不够等.对此采取了相应新技术:导料槽密封封尘、皮带导料槽内粉尘疏导、改进导料槽内的密封挡板等.经过技术改造后,降压除尘密封效果好,节能降耗经济效益明显.     

火电厂燃料输送系统落煤点粉尘治理新技术的应用研究

针对火力发电厂输煤系统粉尘严重超标、危害严重的问题,分析其原因主要有：冲击风量过大,形成系统正压;落煤管截面积大,形成诱导风;自动控制程度不够等.对此采取了相应新技术：导料槽密封封尘、皮带导料槽内粉尘疏导、改进导料槽内的密封挡板等.经过技术改造后,降压除尘密封效果好,节能降耗经济效益明显.     

基于缝隙射流原理的离心泵空化控制研究

为了改善低比转速离心泵内的空化流动状态,提出一种在叶片上设置缝隙的被动控制方法,探究该结构对空化的抑制效果及其控制机理. 采用数值模拟方法探讨结构对空化的抑制. 采用修正的SST k-ω湍流模型和Kubota空化模型,对原始叶轮和改型叶轮分别进行定常及非定常数值计算,获得设计工况下2种叶轮形式在各个空化阶段的流场结构及压力脉动特性. 计算结果表明：改型叶轮中经缝隙流向叶片背面的高压流体提高了叶片背面的压力,对空化初生、空化发展及空化剧烈阶段均产生了抑制作用,特别是空化剧烈阶段,与原始叶轮相比,其空泡体积分数减少了60.6%;与原始叶轮相比,改型叶轮内液相区的压力脉动主频幅值在各个空化阶段均有所下降.     

掺气分流墩墩头的动水压强特性研究

对掺气分流墩墩头的动水压强特性进行了试验研究 ,以求了解墩头的抗空蚀性能及动水压强特性 .试验结果得出 :时均压强P/Pmax沿墩高和时均压强系数Cp 沿横断面的分布规律 ;墩头轴线与来流有夹角时Cp 沿横断面的分布规律 ;墩头壁压脉动压强特性以及探讨了柘林掺气分流墩 (墩头的θ =75°)的安全使用范围 ;在墩后充分供气时 ,墩头的空化特性 .     

Numerical simulation of air-water two-phase flow over stepped spillways

Stepped spillways for significant energy dissipation along the chute have gained interest and popularity among researchers and dam engineers. Due to the com- plexity of air-water two-phase flow over stepped spillways, the finite volume computational fluid dynamics module of the FLUENT software was used to simulate the main characteristics of the flow. Adopting the RNG k-ε turbulence model, the mixture flow model for air-water two-phase flow was used to simulate the flow field over stepped spillway with the PISO arithmetic technique. The numerical result successfully reproduced the complex flow over a stepped spillway of an experiment case, including the interaction between entrained air bubbles and cavity recirculation in the skimming flow regime, velocity distribution and the pressure profiles on the step surface as well. The result is helpful for under-standing the detailed information about energy dissipation over stepped spillways.     

掺气防止消力池辅助消能工空蚀破坏的研究

对与消力池辅助消能工空蚀破坏有关的主要水力要素掺气浓度、时均水动压强进行了有无强迫掺气的对比试验研究,测量结果说明用挑跌坎式掺气设施促使入消力池水流强迫掺气,可以增大水跃主流区掺气浓度、减小易蚀区时均动水负压,有利防止空蚀破坏。另外,也证实了强迫掺气对改善水跃消能有利。