含沙量对高速水流空蚀影响的试验研究

本文在小型循环式水洞中试验研究了含沙量对高速水流空蚀影响的机理。首先,在小型循环式水洞的水箱内筒中人工配制了低含沙量、中含沙量、高含沙量的挟沙水流,用红外测沙仪测定了挟沙水流的含沙量,用压力动态数据采集系统量测了不同含沙量时空蚀区的压力;其次,为了探究含沙量对空蚀和磨蚀的影响,制作了不同龄期、不同配合比的混凝土试件,分别在空化区和空蚀区安装混凝土试件,使混凝土试件在不同含沙量工况下进行5 h的空蚀和磨蚀试验,通过混凝土试件每小时的重量损失来表征空蚀量和磨蚀量。试验结果表明：中值粒径d50 = 1.09 mm（沙粒）,含沙量S = 0 ~ 30 kg/m3工况下,水洞空蚀区各测点的压力和空化数随含沙量的增加而升高,促进了空蚀的发生;混凝土试件配合比、龄期不变时,混凝土试件的空蚀程度随含沙量的增加而加剧,空蚀范围扩大。较高强度配合比的混凝土试件在不同含沙量时的抗空蚀能力优于较低强度配合比（的混凝土试件,且含沙量越高,其抗空蚀能力的差距越明显;随着养护时间的延长,混凝土试件在不同含沙量的抗空蚀能力也在增强;相同试验历时的混凝土试件磨蚀量远小于空蚀量,意味着含沙高速水流对混凝土试件的空蚀作用远大于泥沙的磨蚀作用。     

减免空蚀掺气浓度的试验研究

本文在直流式水洞中用先进的量测仪器设备对减免空蚀的最低掺气浓度进行了系统的试验研究。通过对不同掺气浓度、不同配合比混凝土试件的空化空蚀试验，提出减免空蚀最低掺气浓度与高速水流速度的关系，给出不同掺气浓度时空化区的流态，比较了空蚀区掺气与不掺气情形的时均压力，并系统地观察了空化空蚀噪声随掺气量的变化。     

明渠含沙水流流量测量精度分析——以超声时差法测流为例

水流中泥沙的存在对流量测量精度的影响一直是水力学的重要问题。本文以超声时差法测流方法为例，在室内明渠水槽中开展了不同含沙量(最大含沙量27 kg·m^-3，宁夏引黄灌区天然沙，中值粒径0.015 mm)对流量测量精度的影响测试研究，以电磁流量计及巴歇尔槽测量值为基准，对比了超声时差法在不同含沙量下的流量测量偏差，分析了含沙量对其流量测量精度的影响。结果表明：在含沙条件下，超声时差法的流量测量值总体偏大，且偏差量随含沙量增大呈增大趋势。多声路箱式超声时差流量计受含沙量影响相对较小，在本文泥沙粒径、含沙量范围内平均意义上流量测量偏差在7%；单声路超声时差流量计受含沙量影响较大，在本文测验环境下其在含沙量较高时测量值偏大300%～500%，基本处于失效状态。     

襟翼高度对混流式水轮机转轮空化特性的影响

空化空蚀作为水轮机运行过程中的常见问题,对水轮机性能以及机组安全稳定运行产生影响。该研究以HLX80-LJ-145混流式水轮机为研究对象,在原始转轮的基础上增加襟翼,利用ANSYS CFX对流量0.6Q_d、0.8Q_d和设计流量Q_d工况点下清水与含沙水的转轮空化现象展开数值分析。结果表明:转轮叶片吸力面靠近转轮出口边出现大面积空化;增加襟翼后转轮进口来流得到分流,水流流态变好,流线顺畅,水流和泥沙流速均减小,空泡体积分数减小,清水介质中流量0.6Q_d工况点减小最为明显,相对减小约16.35%;泥沙对转轮内的破坏减弱,含沙水介质中流量0.6Q_d工况点最大空泡体积分数相对减小约11.34%,空化性能得到改善。     

旋流排沙渠道体型优化的正交数值试验方法和应用

为优化多泥沙河流引水渠道内的泥沙级配,实现泥沙分选的效果,提出了一种新型旋流排沙渠道。基于数值模拟与模型试验结果,采用正交数值试验方法,以分流比与排沙洞典型断面的流速为目标函数,优化了旋流排沙渠道的关键体型参数,对比分析了体型优化前后旋流排沙渠道的水沙特性。结果表明,正交数值试验设计能有效提升结构的优化效率,获得具有良好性能的旋流排沙渠道。当渠道来流量为30 L·s^-1时,优化体型的排沙耗水量较原体型减小21.5%,分流比减小4.6%,排沙洞出口断面最大流速增大10.8%,水流的挟沙能力增强,在排沙洞内形成更有利于泥沙运动的旋转水流条件;体型优化前后的旋流排沙渠道对粒径为0.075～3.0 mm泥沙的总体截沙率分别高达90%和88%,表明旋流排沙渠道具有良好的排沙特性,且优化体型排沙洞内的泥沙淤积量较原体型减小61.8%。本成果可为这种新型旋流排沙渠道体型优化和其在引水渠道等工程中的应用提供参考。     

贯流式水轮机固液两相流压力脉动特性分析

泥沙颗粒的存在会影响灯泡贯流式机组流道内的压力脉动,文中采用Euler模型和RNG k-ε湍流模型对某电站灯泡贯流式机组进行非定常计算,分析泥沙颗粒对压力脉动特性的影响,对比不同泥沙物性参数对压力脉动周期、系数的变化作用,并以导叶和叶片中间截面为例,探究影响湍动能分布的因素。研究表明,压力脉动主要来源于叶片通过频率和尾水低频脉动,叶片通过频率的影响从导叶进口至尾水管处逐渐减弱,而尾水低频脉动的影响从导叶进口至尾水管处逐渐增强。泥沙颗粒的存在,改变了清水条件下压力脉动原有的周期性。在转轮出口和尾水管处,压力脉动系数在时域上会发生剧烈波动,尾水管处尤为严重,在两相流工况(Dp=0.1mm, Cv=1%,ρ=2600kg/m³)下,其压力脉动在时域上的波动范围增大了近10倍。导叶与叶片中间截面处高湍动能区域的主要分布位置受转动环量、水流方向、泥沙颗粒沉降方向和单位体积内泥沙颗粒质量流量的影响。     

不同温度条件下水工沥青混凝土动态抗压特性研究

为研究水工沥青混凝土动态力学性能，对水工沥青混凝土在不同温度条件下进行了动态抗压试验。试验结果表明：水工沥青混凝土的破坏模式具有显著的应变率效应，应变速率为10-5/s和10-4/s时，破坏模式主要为黏结破坏；应变速率为10-3/s和10-2/s时，破坏模式主要为黏结破坏和骨料开裂。温度对试件应力应变特性有显著影响，当应变速率不小于10-4/s时，-5℃和0℃时试件呈现应变软化现象；5℃时应变软化逐渐向应变硬化转变。当温度恒定时，水工沥青混凝土的吸能能力、弹性模量、抗压强度随应变速率增加而增加。对弹性模量和抗压强度的动态增强因子进行分析，给出了水工沥青混凝土在不同温度条件下弹性模量动态增强因子随应变速率变化的经验公式，非线性单轴动态强度S准则较好地反映了水工沥青混凝土在地震响应速率下动态抗压强度的增长特性。     

空气预热器蓄热板硫酸氢铵动态积灰模型

为提升空气预热器（空预器）蓄热板硫酸氢铵（ABS）黏结性积灰的模拟精度,采用动网格技术和Fluent软件自定义编码（UDF）构建了可预测ABS黏结性积灰颗粒与蓄热板表面碰撞、黏附、生长及剥离的动态积灰模型,并对某600 MW机组回转式空预器的3种蓄热板型进行了数值模拟,分析了蓄热板积灰层、压力场分布和积灰强度的变化规律。结果表明:本文构建的动态积灰模型可描述灰垢外形生长过程及其导致的烟道压降变化;人字形波纹和弓形波纹蓄热板的结合可有效降低冷端ABS导致的黏结性积灰量,其黏结性积灰量仅为传统DU型板的50%;ABS黏结性积灰区的积灰强度为松散性积灰区的5倍及以上。该结论对脱硝机组空预器蓄热板改造及吹灰器吹扫具有一定的工程指导意义。     

B&WB-75/3.82-M锅炉排烟温度过高的原因分析

海拉尔热电厂B&WB-75/3.82-M锅炉额定蒸发量D=75 t/h，过热蒸汽压力P=3.82 MPa，过热蒸汽温度t=450 ℃。锅炉燃用褐煤，采用直流燃烧器四角布置，配风扇磨直吹式制粉系统，磨煤机为S14.75型风扇磨，一台磨带一层燃烧器（四角），两磨运行，一磨备用。锅炉燃用煤种为： Car/% Har/% Oar/% Nar/% Sar/% Mar/% Aar/% Vadf/% Qnet.ar/kJ·kg-1 40 2.6 0.64 12.4 0.4 39 5 46.6 14270 锅炉自投产以来，一直存在着排烟温度高的问题：设计排烟温度为157 ℃，而实际运行排烟温度在180 ℃以上。为了查清导致锅炉排烟温度升高的原因，对锅炉及…     

三峡工程导流底孔水力学研究与运用

三峡工程导流底孔承担三期导截流和围堰挡水发电期泄洪任务,运用水头高、变幅大,导流流量达70 000m~3/s,运行条件复杂,为国内外导流工程罕见.在三峡工程三期截流过程中,导流底孔要满足截流流量9 010m~3/s时落差小于3.5m;导流底孔下泄流量17 600m~3/s时,三期土石围堰要求上游水位不超过85.0m;为避免右岸基坑在施工过程中被淹,导流底孔与深孔联合泄流30 100m~3,s时水位不超过98.0m;在围堰挡水135m水位发电期,导流底孔与其它过水建筑物的总泄流能力要大于70 000m3~/s,等等.针对导流底孔各运行阶段的水流特点,系统研究了长管、短管布置方案的截流落差、底孔明槽流态及下游水流衔接、高速水流引起的空化空蚀以及因导流底孔位置较低引起泥沙磨损等,分别提出了能够兼顾导流底孔各运行阶段水力学要求的长管和短管布置方案.在长管布置方案被用于原型工程之后,导流底孔经受了各阶段设计洪水的运行考验,历时3年多,工程运行安全,取得了完好的工程效果.     

高速水流空化区和空蚀区掺气特性的试验研究

本文用先进的量测仪器在浙江工业大学水力学实验室直流式水洞中分别对高速水流空化区、空蚀区的掺气特性进行了较为系统的试验研究.实测了空化区掺气前后压力的变化,分析了压力波形的可压缩流特征以及马赫数与压缩比的关系;实测了空蚀区不同掺气浓度的时均压力分布,分析了压力随掺气浓度的变化及背压对空蚀的影响;提出减免空蚀的最低掺气浓度与流速的关系,比较了掺气前后水流的空化数.     

金盆水利枢纽工程溢洪洞水力设计

溢洪洞是水利枢纽工程中重要的泄洪建筑物之一,而且其泄洪流速一般都很高,很容易产生混凝土的空蚀破坏,从而影响建筑物的正常使用,选择合适的体型是溢洪洞防止空蚀破坏的首要环节,而防空蚀破坏的关键是溢洪洞高流速段洞内过流面压力分布不能产生超过混凝土允许的负压力。就金盆水利枢纽工程溢洪洞水力设计及所采取防空蚀破坏的措施进行了介绍。     

复杂洞塞泄洪洞消能和空化特性研究

针对高水头、大流量、出口尾水位低、消能防蚀问题突出的导流洞改建为洞塞泄洪洞工程,本文提出了＂垂直洞塞＋压坡洞塞＋水平洞塞组＂的布置形式,采用模型试验与数值计算相结合的方法分别对其消能和空化特性进行了研究。研究结果表明,该布置形式的消能率超过80%;泄洪洞各水平洞塞均无空化发生,虽垂直洞塞段出现了弱空化,但均位于水体中部,不靠近边壁,不会对建筑物产生空蚀破坏;数值模拟揭示了有压洞段详细的流场特征及消能原理。     

硫酸盐干湿循环下纤维混凝土的耐久性及寿命

针对西部寒旱盐碱地区环境下的混凝土侵蚀破坏机理,设计制作了0、10%、20%、30%粉煤灰掺量的纤维混凝土试件（纤维掺量同为0.9%）,进行两组硫酸盐干湿循环试验（组一：0粉煤灰掺量在2%、5%、10%硫酸钠溶液干湿循环;组二：0、10%、20%、30%粉煤灰掺量在5%硫酸钠溶液干湿循环）。分析研究了试件的质量、抗压强度和劈拉强度的变化规律,采用GM(1, 1)模型模拟了抗压强度耐蚀系数变化规律,预测不同条件下混凝土服役寿命。结果表明,10%硫酸钠溶液的侵蚀速度快于2%和5%浓度硫酸钠溶液;10%的粉煤灰掺入可以减缓纤维混凝土抗压强度下降速度,增强其耐久性;GM(1, 1)模型预测结果表明10%粉煤灰掺量混凝土寿命优于其他三组,与试验结果相符。     

掺气减蚀机理的研究进展及讨论

本文对空蚀机理及其影响因素进行了总结,综述了掺气量对空化初生和空蚀的影响,在估算空化泡的溃灭时间、冲击波的传播速度及衰减规律、微射流的直径及其速度、微射流对同壁的冲击压强和持续时间的基础上,分析了掺气减蚀机理的研究进展及一些不足之处,水流掺气会导敛初生空化数和空化数都增加,引起水中声速变化,但这些不能合理地解释掺气减蚀的原因.边壁附近的空化泡溃灭时,与周围空气泡的偶合作用,会改变微射流的方向,降低微射流的速度,增加空泡溃灭时间,减小冲击压强,消减传递到固壁的高强冲击荷载而减免空蚀破坏.掺气减蚀的原因足固壁附近空化泡与气泡的相互作用和含气型空化的增加更为合理.     

多喷孔活塞式调流调压阀空化流动特性分析

以DN200多喷孔活塞式调流调压阀为研究对象,基于数值模拟,结合Realizable k-ε湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,研究了小开度、中等开度和大开度下空化流动特性以及节流孔内空化的形成机制,并且分析了开度和空化数对空化流动的影响.结果表明,节流孔处存在较大的压力和流速梯度,节流孔进口边...     

Arc erosion characteristics of Cu-W contact at load current range in SF6 gas

Development of SF₆ gas-insulated switches that have a long service life and are highly reliable at medium voltage ratings require arc erosion of contacts in SF₆ gas to be decreased. The effects of SF₆ gas pressure and magnetic field for arc blow-out on erosion were studied experimentally in detail using sintered Cu-W contacts. The test current, SF₆ pressure and magnetic field were 100 to 400 A, 0.1 to 0.6 MPa and 0 to 50 mT, respectively. The results show that the arc erosion rate increased linearly with the SF₆ pressure. The magnetic field effectively reduced anode erosion (i.e., the application of a mere 50 mT lowered the erosion rate to 1/3 to 1/4). These phenomena may be attributed, respectively, to the increase in evaporation rate according to the shrinkage of arcing spot areas caused SF₆ pressure and a decrease of the evaporation rate correlating to high-speed movement of the arcing spot on the anode by the magnetic field. However, the cathode erosion was insensitive to the magnetic field. The influence of both W grain size and composition ratio, Cu:W, on the erosion rate was also studied. The smaller W grain at Cu content of 50 to 70 wt.% was found to be best for suppression of erosion under the present conditions. Further, the increase of N₂ mixture ratio to SF₆ under constant total gas pressure greatly decreased contact erosion. © 1997 Scripta Technica, Inc. Electr Eng Jpn, 118 (1): 41–51, 1997     

双吸式离心泵叶轮泥沙磨损数值模拟

采用欧拉—拉格朗日多相流模型,对双吸式离心泵内的水流和泥沙颗粒运动进行了模拟,并采用离散相冲击磨损模型对不同泥沙浓度和粒径条件下的叶轮磨损进行了分析,分析结果表明：离散相冲击磨损模型可以准确预测叶轮的磨损位置和磨损强度;随着泥沙浓度的增加,叶片的磨损强度显著提高;叶片吸力面的磨损强度明显高于压力面,压力面的磨损位置集中在叶片的进口和出口处,吸力面的磨损位置则随着泥沙浓度的增加而改变;泥沙粒径是影响磨损强度的重要因素,随着粒径的减小,磨损强度显著降低。