急流转弯曲率缓变连接曲线分析

在陡槽或溢洪道末端一般用圆弧曲线与护坦连接,急流中底板或边界的转折绝大多数采用圆弧曲线的形式与直线段相连接,通过多年的工程运用来看,由于在圆弧的起点和末端曲率不连续而引起的压力突变,导致了大量的空蚀玻坏。明渠或无压隧洞中的急流弯道一般亦采用圆弧曲线与直线段连接,由于起始断面产生沿渠槽纵向传播的干扰波,和横向较大的水面坡降,也迫使人们探讨连接曲线的合理形式。本文在前人研究基础上,提出一种弯曲半径先从起点r=∞(直线段)逐渐减少到某个数值,然后再回到r=∞,来改善水流条件,并与前人所提出的此类曲线进行初步比较分析。     

宽浅陡槽水流的稳定性及控导措施

对宽浅陡槽水流特性、下游衔接消能及控导措施进行了试验与理论研究,分析表明浅层急流能量损耗比一般明流大,陡槽水流有2种不同特点的动量横向分布规律:一般陡槽(宽深比B/h<40,单宽流量q>3.4m3/s.m)末端水流呈"马鞍型"动量横向分布,水流具有较强的稳定性;而大宽深比(B/h>40,单宽流量q<3.4m3/s.m)陡槽末端水流呈"椭圆型"动量横向分布,这种分布态势缺乏对外界干扰的遏制能力.宽浅陡槽水流不稳定是动量横向分布缺乏强大的两翼控制,使微小干扰形成累加递增的类"多米诺骨牌效应",导致末端水跃的不稳与消能不充分.基于"介入式"原理,利用急流干扰波传播与反射特点,采用潜没式三角翼体调整动量分布、改善下游衔接水流稳定性,取得了良好的效果.对三角翼体的控导机理及主要影响因素进行探讨,提出了三角翼体型参数的优化确定方法,可供实际工程参考.     

黄土软基上溢洪道体型优化试验研究

黄土软基上的宽浅式溢洪道宽深比大,水流动量分散,受边界的影响敏感,稳定性差.针对西段村水库宽浅式非常溢洪道水流流态不稳定、消能不充分等问题,通过整体水工模型研究,分析了问题产生的主要原因,经优化体型,适当缩窄溢洪道陡槽宽度,减少水流宽深比,改善过渡段水流边界条件等,实现了陡槽水流的稳定性与溢洪道下游的充分消能,同时节约了引渠以下混凝土工程量的1/3.     

较小半径溢洪弯道急流超高的研究

为了探求急流弯道的超高及其相关的影响因素,通过对较小半径弯道急流的水流现象的描述,指出较小半径弯道凹岸水流受惯性离心力和冲击力的共同作用。在此基础上,利用动量原理,推导出了较小半径弯道水流超高公式,与试验资料对比,该理论的合理性得到了证实。还讨论了弯道水流各因素同超高的关系,结果表明,弯道的超高和宽度几乎成正比,弯道的转角影响超高很大,当弯道半径越小,其超高将增加越快。     

曲面底扩散陡槽急流问题的特征线解法

针对曲面底扩散陡槽内急流特点采用沿水深的积分方法,并考虑曲率、底坡及底摩擦对流动的影响,将三维水流运动方程组简化为二维水深平均流方程,并导出了水深平均流的特征方程组;结合抛物柱面底扩散陡槽工程实例采用特征差分法进行数值计算,通过逐时段内插,调整计算点分布可克服特征线方法计算点分布不规则的缺点,使计算结果便于实用.     

导流栅对弯道水流的影响分析

以某电厂进水流道水工模型试验为基础,分析了在不同工况条件下,弯道段水流的流态,为改善弯道水流的不利流态,设置了不同形式的导流栅,并系统地研究导流栅形式对弯道水流流态的影响,其结果已用于实际工程     

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.     

明渠扩散段急流运动特性及调控方法研究综述

依据文献分析了有限宽度水槽突然扩散、固定扩散角渐变扩散、无边界平板扩散和急流扩散4种典型明渠扩散段水流的共同流动特征.给出了有限宽度水槽突然扩散段水流宽度的沿程发展规律,以及在平底明渠急流扩散段设计时,为防止水流脱离的扩散角计算方法和突然扩展区急流扩散的边界方程;通过不同底坡比降的试验和原型资料分析,论述了陡坡扩散区水深沿程变化特点、沿程各断面横向分布规律,介绍了陡坡上水平扩散角的计算方法与扩散角最大值的存在.通过大扩散角水槽试验,发现在扩散段不同流态的过渡水流现象及稳定性不一样.上游来流为急流时,下游水跃进入扩散段就是水流失稳、主流偏转的开始;采用潜没式三角翼可以防止扩散段回流发生,提高过流均衡性.     

弯道水流运动和河床变形数值模拟研究进展

弯曲河段水流运动与河床变形规律广泛应用于河流治理、引水灌溉、护岸工程等诸多领域.首先,对弯道水流运动及河床变形一般特性做了简要概括;其次,对弯道水流运动、河床冲淤变化及河岸冲刷方面的数值模拟研究成果进行了简要评述;最后,指出了目前弯道水流运动及河床变形数值模拟中存在的主要问题,探讨了该研究领域的发展趋势.     

宽浅式溢洪道急流控制及下游冲刷试验研究

为使水利工程中常用的泄水建筑物岸边溢洪道安全运行，指出了某工程泄洪流量悬殊、宽浅比1：7的溢洪道出现的急流冲击波现象，经分析研究后提出中墩尾部增加低导墙形成潜堰方案，解决了泄槽内急流冲击波问题。针对泄洪流量悬殊的宽浅式溢洪道轴线与下游河道夹角偏大，鼻坎水流偏转困难等技术难题，提出两边扩散大斜切扭曲鼻坎形式，并对挑流冲刷问题进行了试验研究。试验结果表明，优化体型具有减轻急流冲击，改善挑流入水条件，减轻下游冲刷等优点，试验研究成果可供类似工程参考。     

侧槽溢洪道变量流段水面衔接的计算与控制

对水面线的不同计算式进行对比分析，并建立水面衔接控制方程．通过理论分析及典型工程的计算，说明侧槽变量流水面衔接计算和控制与等量流不同，它不仅取决于出口断面控制水深，而且与槽内控制水深及特征值有关，水面线计算也具有自身的特征．     

某抽水蓄能电站拦沙库泄洪排沙系统的水力特性研究

以某抽水蓄能电站下水库泄洪排沙洞为研究对象,利用相似理论建立了比尺模型,该模型通过了河道阻力试验验证。试验中,观测了不同水力条件下的洞内水流流态、水面线、流速、消能状况以及下游护岸冲刷情况。试验观测结果表明,泄洪排沙洞进口流态平顺、泄流能力及隧洞段流态均满足设计要求,但陡坡扩散段以下的急流涵洞段出现水跃闷洞、明渠深度不足、出口扩散段不能集中拉沙等问题。基于调整纵坡、协调各段输水能力、抑制水跃强度的修改思路,进行了优化修改试验。经多次比对试验,最终确定了优化修改方案,解决了涵洞段与明渠段水流衔接的协调性。修改方案较合理地控制了洞内水深,消除了明流洞水跃壅塞现象,改善了洞内流态;同时,增设扩散段输沙槽,有效提高了小流量集中拉沙的能力,满足了不同水流条件下的泄流安全要求。该研究成果对类似工程设计与安全运行具有一定的参考价值。     

带活门轴对称变截面管道中强激波的传播特性

研究了核爆炸环境下带活门轴对称变截面管道中非理想气体激波的传播特性,并讨论了在其传播过程中电离和离解效应的影响．通过利用TVD格式和时变非均匀网格对模型进行的数值模拟表明,在理想模型中波前压强的变化不会对无量纲结果产生影响,但在非理想模型中却会导致无量纲结果的较大变化,而且入射激波的波峰越陡,到出口处波峰被抹平的幅度越大,活门的消波效果理想．通过对一维和二维计算结果的比较指出了一维计算的缺陷所在,而数值计算和近似估算结果的比较验证了近似估算公式的正确性．     

三峡建库后荆江河段河床形态变化

分析了三峡建库后下泄水沙条件的变化，预估了荆江河段横断面的发展趋势，指明了荆江河段在下切的同时仍维持现在的弯曲与蜿蜒河型．     

吹除法对斜激波/边界层干扰控制数值模拟

为了对进气道内斜激波/边界层干扰进行控制,采用RSM模型,以二维平板/楔结构为基础,研究了斜激波冲击平板诱导边界层分离现象,探讨了吹除状态下流场波系结构和壁面参数分布,分析了吹除位置和总压对分离区及流场的影响.研究表明加入吹除控制之后,流场参数得到了有效改善,吹除喷嘴靠近分离区,吹除效果更好.吹除总压并不是越高吹除效果就越好,存在一个最佳吹除压力,该压力就是使吹除喷嘴出口气流达到近似音速,这一结论如进一步得到实验证实,对实际工程具有指导意义.     

射频放电等离子体激励对激波/边界层干扰的控制效果

在空气静止、气压为12 kPa（对应超声速风洞试验段的气压）条件下,研究射频放电等离子体的光谱特性;在马赫数为2的超声速来流中,研究射频放电等离子体激励对激波/边界层干扰非定常性的控制效果. 实验结果表明：在相同的激励频率下,随着加载功率的增大,表征电子温度的相对光谱强度增大,而表征振动温度和电子密度的相对光谱强度基本保持不变;保持加载功率不变,随着激励频率的增大,表征电子温度的相对光谱强度先增大后减小,而表征振动温度和电子密度的相对光谱强度没有明显变化. 在未施加激励时,激波振荡的主导频率为低频;在施加射频放电等离子体激励后,激波低频振荡减弱,高频振荡增强,激波特征频率从低频转向高频,再附边界层出现高能量漩涡结构.     

Supersonic flow imaging via nanoparticles

Due to influence of compressibility, shock wave, instabilities, and turbulence on supersonic flows, current flow visualization and imaging techniques encounter some problems in high spatiotemporal resolution and high signal-to-noise ratio (SNR) measurements. Therefore, nanoparticle based planar laser scattering method (NPLS) is developed here. The nanoparticles are used as tracer, and pulse planar laser is used as light source in NPLS; by recording images of particles in flow field with CCD, high spatiotemporal resolution supersonic flow imaging is realized. The flow-following ability of nanoparticles in supersonic flows is studied according to multiphase flow theory and calibrating experiment of oblique shock wave. The laser scattering characteristics of nanoparticles are analyzed with light scattering theory. The results of theoretical and experimental studies show that the dynamic behavior and light scattering characteristics of nanoparticles highly enhance the spatiotemporal resolution and SNR of NPLS, with which the flow field involving shock wave, expansion, Mach disk, boundary layer, sliding-line, and mixing layer can be imaged clearly at high spatiotemporal resolution.     

雪卡水电站长引水渠道的水力瞬变计算

在雪卡水电站长引水渠道的水力瞬变计算中,应用一维明渠非恒定流方程及其相应的初边界条件,通过数值求解进行电站长引水渠道各种工况运行下的水力设计,并进行了复核计算.重点研究了在机组增、甩负荷时,瞬变运行状况下的非恒定流运动,对工程是否采用溢流侧堰进行了对比计算,得到了电站各种运行工况下渠道瞬态水面线、流速、前池侧堰的溢流过程线等,为合理确定渠道断面尺寸、比降、前池大小、侧堰宽度、堰顶高程及压力钢管进口高程等提供了依据.比设计《规范》提供了更全面、更合理的水力信息,又弥补了水工模型试验模拟长距离输水的缺陷,建议在同类工程中推广使用.     

水土保持截排水工程设计标准比较

针对现行规范对生产建设项目水土保持截排水工程级别不确定、设计标准不明确、流量计算不准确等情况,分析提出了截排水工程级别、设计标准的确定建议,对各种水土保持截排水工程设计流量的计算公式进行对比分析,提出了截排水工程断面设计流量的取值意见.