新疆某水电站溢洪道台阶段水工模型试验研究

通过建立溢洪道物理模型,在台阶坡度恒定条件下,试验采用0.65、1.0和1.3 m三种台阶高度,研究不同水位下的消能效率、掺气状况及水流流态,研究表明:同一台阶消能率与单宽流量成反比,单宽流量越大,消能效果越差;对不同台阶高度,台阶高度越高,消能率也越大。增加掺气坎,可使水流充分掺气,水流流态良好,可保证台阶面安全可靠运行。     

掺气分流墩阶梯溢流坝面水力特性试验研究

对有掺气分流墩和无掺气分流墩的阶梯溢流坝面流场进行了对比试验研究。通过对压力、掺气浓度和消能效果等的分析和讨论，得出了掺气分流墩的增设将消除或降低阶梯凹角内和立面上的负压，显著增加了坝面水流的掺气量和掺气范围并提高了阶梯坝面消能率等重要结论。本研究为在大单宽流量下如何提高阶梯式溢流坝的消能率和防止空蚀破坏等方面进行了探索。     

平面充分掺气散裂射流研究

水利水电工程中，高速挑流水舌在空气中的掺气及空气对其水流结构有很大影响，随着对消能与雾化问题认识的深入，这种影响愈来愈有必要加以深入研究并在工程中加以考虑。本文对平面充分掺气散裂射流的挑距进行了分析，并对其空中消能率随初始挑角，初始佛汝得数及初始含水浓度的变化进行了探讨。     

某水库台阶式溢洪道掺气坎优化试验研究

台阶式溢洪道消能效果与其台阶段泄槽掺气浓度密切相关,通过调整掺气坎体型以达到使台阶段泄槽充分掺气,消能率增大。试验研究发现,与原方案台阶段消能率相比较,除设计水位工况消能率有所下降外(小了4.74%),校核水位工况和校核流量工况的消能率分别提高了6.18%和6.64%。设计水位工况消能率减小可能与推荐方案台阶个数减少有关,而校核水位工况消能率增大则说明台阶段的掺气有利于消能。     

浅论掺气设施的消能作用

掺气减蚀设施不仅能有效地减缓空蚀和磨蚀的发生,而且具有一定的消能作用.结合某水电站溢洪道的模型试验研究,分析了溢洪道掺气减蚀工程措施的消能效果,并首次定量地计算了消能率.试验和计算结果表明,在高水头、大单宽流量溢洪道中每道掺气挑坎的消能水头为2～5 m,随着级数的增加消能水头逐渐增加.试验还表明,在满足掺气要求和水流流态平稳的条件下,尽可能多设置掺气设施不仅不会增加工程量,还可以降低泄槽因高速水流冲刷破坏的风险,而且有利于下游消能防冲设计的优化.     

台阶式溢流坝的消能设计与试验

由于台阶式溢流坝坝面台阶的存在,使下泄水流在台阶之间形成横轴旋滚,并与坝面主流发生强烈掺气作用,使水流紊动加剧、掺气增强,大大减少了下泄水流的能量,改善了坝址处的水利条件,使坝下游的消能设施得已简化.结合光明水电站水工模型试验,对消能率进行了研究,结果表明:影响台阶坝面消能率的主要因素为台阶坝高、台阶的突出高度、台阶坝的坡度和单宽流量.同时推导出消能率的计算公式.该公式可为相关设计提供参考.     

圆弧堰式阶梯溢流坝掺气发生点数值模拟研究

溢洪道是水利工程泄水建筑物的重要组成部分,将泄槽设计为阶梯状,可以有效增加水流的紊动,造成流动掺气剧烈,增加沿程能量的消耗。针对阶梯溢洪道的结构形式,其堰顶的形状及尺寸大小,对其掺气特性起到很大的影响。运用FLOW-3D软件,对圆弧堰式阶梯溢流坝水流的掺气特性进行数值模拟。结果表明,当圆弧半径相同时,堰上水头越大,圆弧堰式阶梯溢洪道掺气发生点到堰顶的距离越大,掺气水流水深越大,消能率越低。当堰上水头一定时,堰顶圆弧半径越大,圆弧堰式阶梯溢洪道掺气发生点到堰顶的距离越小,消能率越小,掺气水流水深越大。     

台阶式溢洪道滑行水流消能特性研究

台阶式溢洪道消能率无法详细反映其消能特性,为了突出反映台阶消能作用,从总消能水头中扣除光滑溢洪道原有消能水头得到纯台阶消能部分,计算了单位高度纯台阶消能率,以及台阶消能所占总消能的比重。结果表明:滑行水流的单位高度纯台阶消能率约为0.80%/m~0.83%/m,与单宽流量和台阶数目均无关,随台阶高度增大增幅为4.5%;纯台阶消能所占总消能比重随单宽流量增大而增加,随台阶数目增多而减小;此外,还对单宽流量增加时消能率下降的原因进行了探讨。结果分析表明:大单宽流量消能率下降是由于光滑溢洪道能作用降低而纯台阶消能不变导致的。     

台阶式溢洪道掺气消能效果试验研究

通过模型试验分析了台阶式溢洪道掺气对消能效果的影响。对比分析了无掺气坎、掺气坎高分别为20 cm和40 cm时的掺气效果和消能率。当掺气坎高时,水体掺气充分,水流涡旋剧烈,形成水汽两相流,水流下泄旋滚过程中势能转化成动能,在泄槽段可耗散较多能量。因此,设置掺气设施比不设置掺气设施消能效率大、消能效果好,有效地防止了空化空蚀现场的发生。     

阶梯溢流坝在左柏水库中的应用试验研究

通过水工模型试验,对左柏水库工程阶梯溢流坝水力特性进行了研究和分析。试验结果表明,阶梯溢流坝设置前置掺气坎后,起始阶梯上的掺气较充分,消除了起始阶梯面上的空蚀风险;单宽流量越大,阶梯上水流形成均匀流的流程越长;阶梯溢流坝的消能率随单宽流量的增加而减小;阶梯溢流坝体形下,下游消力池规模相比光滑溢流坝减小28.7%。试验获得的阶梯段均匀流水深、流速与相应单宽流量计算经验公式可为实际工程下游消力池设计提供参考,试验研究体形适用于单宽流量较小且坝高大于60 m的水利工程。     

不同组合连接体形下旋流式竖井水力特性试验研究

通过物理模型试验和理论分析相结合的方法研究了不同组合连接体形下旋流式竖井的水力特性,总结出竖井涡室内的4种典形流态,其中,自由旋流流态最适合于旋流式竖井.通过进一步研究进口体形和消力井深度对流态和消能率的影响,得出折流角变化对消力井侧壁及底板压强影响不大,消力井边壁及底板均不会出现负压;流量的增加会减小消能率,折流角和...     

NUMERICAL CALCULATION OF SOLID-LIQUID T WO PHASE FLOW BETWEEN STAY VANES IN HYDRAULIC TURBINE

1.　INTRODUCTIONMany phenomena of silt-laden water flow can be seen in most rivers of China.Theabrasion of silt-laden water flow to hydraulic turbine has become the most concern forhydraulic power station or pump station.It is always of interest to many engineers andresearchers because of its seriously destroying to the blade ofhydraulic turbine.And mostoftheir works are mainly the performance effect caused by silt-laden water flow,namely thestudy ofouter characteristic.Surface coatisful…     

弯道水流的能量耗散规律及其应用

天然河湾的弯曲平面形态和离心力作用,引起弯道的水流能量重新分配和耗散规律发生变化。基于弯道水流能量平衡方程,总结了弯道水流的能量耗散主要原因,推导了弯道水流的横向与纵向能量耗散率的表达式,并采用弯道水槽实验数据验证和率定表达式的参数。运用弯道水流能量耗散规律,本文初步解释了三峡水库建成蓄水后,下泄清水将使得荆江河湾的水流能量横向耗散增强,凹岸区域严重冲刷,凸岸区域显著淤积,单个河湾的弯曲度将变大。     

台阶坝面消能水气两相流数值模拟

 采用VOF法模拟自由表面,用非结构网格来处理复杂的边界形状,并根据边界形式进行适当的分区,利用k-ε气液两相流模拟光面和台阶溢流面的流场,得到了溢流面的流场、水面线以及消能率等相关水力参数。数值模拟试验结果表明,台阶溢流坝面水流紊动掺气充分,消能率较高,并与物理模型试验结果进行对比分析,二者吻合良好。     

基于能量耗损原理的泥石流分界粒径确定方法

本文以泥石流固相与液相的能坡损失之和来表达泥石流运动能量耗损总值,并基于最小能耗原理提出了泥石流固、液两相分界粒径的确定方法.通过在云南蒋家沟实施6组现场泥石流模拟试验,结果表明试验沟道的泥石流分界粒径处在5～6mm之间,与前人成果基本相符,同时分析了分界粒径与最小能量耗损和容重之间的变化规律,即分界粒径随着最小能坡损失和容重的增加而呈缓慢的增大趋势等,为建立了非均质黏性泥石流动力学模型奠定了基础.     

下游水位下降对白石窑水利枢纽泄洪消能影响试验研究

针对白石窑水利枢纽下游水位降低可能影响水闸泄洪消能的问题,分下游河床下切前、后两种情况,选取典型工况进行了断面模型试验研究。试验表明,枢纽下游水位降低基本不会改变水闸下泄水流原有消能流态,下泄水流的主要消能条件变化不明显。但局开控泄、电站甩负荷工况及流量低于500m3/s时,下游水位下降导致下游河床流速增加且水深较小,可能对河床造成冲刷,建议适当增加开启孔数,减小下泄单宽流量,确保泄洪安全。     

基于SPH方法的阶梯式溢洪道消能特性研究

为了研究阶梯式溢洪道的消能特性,本文通过二维建模的方式,利用光滑质点水动力学方法(SPH)对31阶阶梯式溢洪道的水流进行数值模拟,将模拟值与试验值进行了对比,并针对2种台阶数目和4种单宽流量共计8种工况,对不同工况的阶梯式溢洪道沿程水深、水流流速以及消能率进行了分析。结果表明,31阶阶梯式溢洪道水流的水面深度、流速和压强模拟值与试验值吻合较好;36阶和60阶阶梯式溢洪道沿程水深和水流流速与单宽流量呈正相关趋势,随着单宽流量的增加而增大,且在水流稳定之后,水面深度和流速都会维持在某一个值附近;而阶梯式溢洪道消能率沿程逐渐增大并在最后一级台阶处达到最大值。同时,当溢洪道体型一定,消能率随着单宽流量的减小呈上升趋势,当单宽流量减小至0.1283m2/s,36阶和60阶阶梯式溢洪道的消能率分别达到了83.67%和82.86%。     

赛格水电站Y型宽尾墩跌坎消力池联合消能工试验研究

赛格水电站具有低水头、大单宽流量、低佛汝德数等特点,泄洪消能问题突出,通过水工模型试验研究,提出了采用Y型宽尾墩跌坎消力池联合消能方式。在闸室末端采用宽尾墩后,水舌沿纵向拉伸扩散,增大了接触面,水流经宽尾墩收缩后,以射流形式进入消力池,池内水流具有三维射流特性,差动式消力坎的存在较好的解决了水流二次跌落问题,从而进一步有效的解决了下游河床的消能防冲问题。     

基于SPH的台阶式溢洪道最优消能率参数研究

为研究台阶式溢洪道的消能规律,明确台阶式溢洪道的最优消能率参数,利用DualSPHysics对台阶式溢洪道水流特征进行模拟,并通过与典型案例的对比分析验证了SPH方法对台阶式溢洪道水流模拟的适用性与准确性,模拟结果表明SPH方法可以较好地模拟台阶式溢洪道上的水流特征。通过建立不同单宽流量、台阶段坡度和台阶数目的共计288种工况对台阶式溢洪道消能规律及其影响因素进行了研究。结果表明：在其他条件一定的情况下,台阶式溢洪道的消能率与单宽流量呈负相关关系;台阶数目对台阶式溢洪道消能率的影响并不显著,但是存在一个台阶数目能使台阶式溢洪道的消能率达到最大值,该最优消能率对应的台阶数目在78~81阶范围内,此结论对指导实际工程应用有一定的参考价值。     

虹吸管气液两相流压降特性试验

通过系列试验量测了不同安装高度、不同水位差时虹吸管水平管段的压降、含气率及过流量,探讨和分析了虹吸管气液两相流压降的变化规律及气液两相流流型不同时影响管道压降的因素。结果表明,气液两相流管道压降与液相满流时压降规律相同,即压降值随管道水头的增大而增大;但是,与液相有压管流不同,水位差一定时压降值随安装高度的增大而减小。当虹吸管内为气泡流时,气泡存在对沿程阻力系数λ影响很小,可忽略不计。管道实测压降小于计算值的原因是气液两相压降减小率等于流速减小率。当虹吸管内为过渡流和气团流时,气液两相压降减小率与流速减小率相差较大,实测压降的减小不仅与流速减小有关,含气率的大小对气液两相压降的影响也不可忽略,含气率的增大使气液两相流动阻力增大,即压降增大。