基于VOF模型溢洪道掺气槽位置数值模拟

为解决高水头溢洪道空蚀破坏问题，设计了3种方案，分别在桩号0+130.73、0+161.78、0+186.39处加设掺气槽，其对应的弗劳德数Fr分别为6.65、7.91、8.53,并采用RNGκ-ε紊流模型和物理模型试验的方法，分析易发生空蚀破坏断面的掺气浓度及沿程水流空化数指标。结果表明，在桩号0+186.39处加设掺气槽，在易发生空蚀破坏截面临底掺气浓度大于15%,沿程水流空化数均大于0.3,效果优于其他2种方案，可有效解决溢洪道空蚀破坏问题。     

台阶式溢洪道掺气坎水流空腔长度和通气量的试验研究

通过试验研究了台阶式溢洪道初始掺气点的位置、在首部台阶上游加掺气挑坎情况下挑坎后的水流流态、空腔长度、通气量。得出了初始掺气点、空腔长度和通气量的确定方法,供工程参考。     

掺气坎后水流掺气浓度分布及掺气保护长度试验研究

在掺气减蚀研究中,掺气设施的掺气保护长度是检验掺气减蚀效果的重要指标,而水流掺气浓度及其分布将决定掺气保护长度。通过反弧段泄槽模型试验,研究了不同流量、不同挑坎高度时掺气浓度与掺气保护长度的变化规律。结果表明,掺气坎后水流掺气浓度沿程分布规律为先增大后减小,而在断面上的分布规律为由水流表面到水流底部逐渐减小;泄槽反弧段与泄槽直段及不同水深处掺气浓度的沿程衰减率不同;在其他条件不变时,掺气浓度与流量大小成反比,与挑坎高度成正比;掺气有效保护长度随流量增大而减小,随掺气坎高的增大而增大。     

一种新型掺气设施的模型试验研究

高速明渠流建筑物中常通过设置掺气坎来避免可能发生的空化空蚀破坏,但当明渠的坡度较缓时,掺气空腔容易回水,从而影响掺气效果,对此提出在小底坡明渠有压进口处设置一个楔形体,将水流分成上、下两股进入明渠。通过模型试验研究这种新型掺气设施的空腔形态、掺气特性。试验结果表明,当有压出口处的水流速度达到2.7m/s时,在两股水流之间就能形成一个稳定的掺气空腔,此时对应的水流弗劳德数约为2.0,空腔内并无回水,掺气效果良好;随着出口流速的增加,掺气空腔不断加长,掺气量也不断增加。试验得到了不同流量下掺气空腔形态的变化规律及沿程断面掺气浓度分布规律,并拟合了计算楔形掺气设施空腔长度的经验公式。研究成果可为优化掺气设施设计和工程应用提供参考。     

环境气压对掺气设施空腔长度的影响分析

低气压环境下泄水建筑物空化空蚀风险增大,环境气压对掺气减蚀效果的影响程度是高海拔地区高坝水力设计时需重点关注的问题。采用CFD数值仿真方法,建立跌坎和挑坎两种不同体型的掺气设施模型,分析不同环境气压下的掺气设施的空腔长度,研究环境气压对高速水流掺气效果的影响。结果表明,环境气压越低,高速水流掺气空腔长度越小,掺气效果越弱,高海拔地区高速水流防蚀设计应合理考虑环境气压的影响程度。     

龙开口水电站冲沙底孔泄槽段掺气设施试验研究

以龙开口水电站冲沙底孔泄槽段为例,针对常规掺气设施不能确保掺气效果问题,基于原设计方案提出了2个优化方案,并通过水工模型进行了试验和比较分析,确定了较合理的掺气设施。结果表明,有压出口底部采用突跌掺气并加设挑坎,泄槽段采用坎槽结合式的掺气形式,掺气减蚀效果较好。     

底流消能工水流结构与掺气浓度分布试验研究

底流消能工中水流紊动剧烈、大量掺气,面临着空化空蚀问题。为研究底流消能工气体迁移扩散运动与水流结构相互作用机理,采用水力学试验开展研究,对底流消能工进行水流结构划分,通过调整流量与尾坎高度,改变入射Fr数及跃后水深与跃前水深比,分别测出消力池内掺气浓度值,并分析数据研究水流结构区气体的运动机理,得到消能工内掺气浓度分布规律。结果表明,掺气浓度随Fr数的增大而增大,随跃后水深与跃前水深比的增大而减小;各水流结构区掺气浓度沿程衰减,纵向衰减速率附壁射流区射流扩散区稳定区;横断面掺气浓度呈"双钟形"分布规律;竖向掺气浓度附壁射流区变化曲线呈凹型递增、射流扩散区先增后减、稳定区递减规律。水流结构区交界处形成气体交换带,是气体发生交换的主要区域,掺气浓度在气体交换带处达最大值。该研究可供底流消能工的防空化空蚀参考。     

组合掺气体型水力特性三维数值模拟

基于Realizableκ-ε紊流模型和VOF方法,以博贡大型龙抬头泄洪洞直线段为例,对挑坎后加矩型、U型和V型掺气槽的水力特性进行了三维数值模拟.结果表明,U型掺气槽水流冲击底板的压强最大,矩型和V型掺气槽对底板的冲击压强相当,矩形掺气槽形成的侧空腔最长.三种掺气槽后水流流态均平顺,水流强烈紊动形成的涡旋卷吸将空气卷吸入水流中.     

陡坡溢洪道掺气坎空腔长度及掺气坎角度试验

以苏家河口水电工程为例,针对其陡坡溢洪道掺气坎对流量大小适应性较差的问题进行了试验,对#2掺气坎3种体型(1∶4、1∶10、1∶15)进行了挑角的优化设计。结果表明,在陡坡溢洪道设置掺气坎时应保证挑角和坎高与单宽流量相互匹配,即挑角在3°～5°之间的空腔长度能满足各种工况,否则可能出现掺气坎适应性很差的问题,不利于工程泄洪时的正常和安全运行;空腔长度与挑角在小流量情况下呈指数关系,在大流量情况下呈对数关系,这为实际工程设计提供了依据。     

泄洪洞中闸室出口侧墙掺气体型优化

采用RNG κ-ε紊流模型对某中闸室出口侧墙掺气体型进行数值模拟,以水流流态、压力分布及水翅强度等水力特性为指标对侧墙体型进行优化,并利用物理模型试验对推荐体型进行验证。结果表明,渐扩体型存在掺气盲区;突扩体型水流流态差;突扩+渐扩体型能够同时满足侧掺气和改善水流流态,水翅强度随渐扩长度增加而减弱,并能形成稳定侧空腔且侧墙上无负压产生,能有效避免空化空蚀。     

吉林台水电站泄洪洞突扩掺气体型的试验研究

吉林台深孔泄洪洞模型试验,通过对偏心铰弧门突扩掺气体型水流流态、空腔特性及其对掺气量的影响、侧壁压力分布等进行观测,对突扩掺气体型水力特性进行研究,并对其空化特性进行分析。     

台阶式泄洪槽水工模型试验研究

为验证山西省某森林公园台阶式消能泄洪槽设计的合理性,通过模型试验研究了该消能泄洪槽不同流量工况下的流态、台阶平面压力、流速分布及消能效率。结果表明,在试验流量范围内,泄槽内为跌落水流和过渡水流,掺气不明显;台阶平面压力变化范围为-9.7~24.4kPa,当流量为6m^3/s时,出现最大负压9.702kPa;除#3消力池进口处外,三段台阶式消能段均为泄槽底部流速较小,对泄槽底部冲刷较小,泄槽水流表面流速最大;在不同流量下台阶式泄槽+消力池联合消能率均超过了90%,其中大部分能量消散在溢洪道台阶上。研究成果可为类似工程提供参考。     

一种新的湿法脱硫强制氧化技术

强制氧化是防止湿法脱硫系统结垢和堵塞以及脱硫废渣二次污染问题的关键。文中提出将射流曝气技术应用于石灰石／石膏湿法脱硫的强制氧化工艺,并利用双膜理论针对射流曝气强制氧化工艺的气液相际传质特点进行了理论分析,结果表明,射流曝气器作为一种气液两相介质化学反应传质混合设备,充分利用强烈混合作用,提高了能量的综合利用率,对某湿法脱硫工程能耗的计算结果表明：采用射流曝气方式能耗节省达20％以上,脱硫成本降低,有利于实现关键脱硫设备的国产化。     

通气对光合自养培养下蛋白核小球藻生长和有机碳成分含量的影响

为了研究通气速率、气体的CO2浓度、通气阶段对小球藻光合自养生长和小球藻有机碳成分含量的影响,分别进行了未通气体、通入空气、通入纯CO2(99.9%)条件下的小球藻光合自养培养试验。试验发现,通入空气速率为1 L/min时小球藻的生长速率最快;高浓度CO2对小球藻生长有抑制作用;在接种初期进行通气试验更有利于小球藻的生长。不同通气条件下小球藻的有机成分含量无明显差异,在通空气和通纯CO2条件下的小球藻有机碳组分中,除总脂肪酸含量有所降低外,其余有机碳组分含量都有所升高。由于通入空气有利于小球藻的生长,所以通气条件有利于提高小球藻的固碳。     

溢流面板坝泄槽流激振动特性研究

针对溢流面板坝泄槽流激振动性能复杂的特征,基于ABAQUS建立了某溢流面板堆石坝的三维仿真模型,通过Matlab自编程序构造脉动压强时域激励荷载,采用时域分析法分析了不同流速条件流激振动作用下系统的模态和关键部位的应力应变情况。结果表明,在流激振动作用下,泄槽流速对溢流面板坝系统模态及泄槽底板接缝处的变形和关键部位的拉应力影响较大,特别是当流速大于40m/s时,系统基频下降速率较快,坝料弹模及泄槽板厚对系统基频影响较大,容易受水流激励影响诱发共振破坏,同时变形及拉应力明显增大,容易导致底板结构振动破坏,可通过提高坝料弹模及增大泄槽板厚来增强系统结构抵抗流激振动作用的稳定性。研究成果可为同类坝型泄流状态的安全评估及施工设计提供指导。     

大型粮仓中非均匀气流分布的数值模拟

基于Fluent软件,利用Ergun方程模拟大型粮仓中的非均匀气流分布。通过对粮堆孔隙率与浓度特性的描述以及数学模型的建立,研究了尖顶粮堆穿孔板通风和平顶粮堆环形通风两种工况的流动过程,得出其速度和压降的变化情况。结果表明,穿孔板通风尖顶粮堆增加了粮仓中心垂直方向的阻力,而环形通风平顶粮堆的气流沿仓壁向上流动,以致粮仓内空气的非均匀流动。     

台阶式溢洪道水流空化特性及空化空蚀位置的确定

为探讨台阶式溢洪道水流空化特性,结合某水库实际工程,采用水工模型试验方法,研究了不同流量条件下台阶式溢洪道的流速、压强分布和空化特性。结果表明,在溢流堰段,水流流速沿程逐渐增大,压强沿程逐渐减小,水流空化数也逐渐减小;在台阶段,流速沿程先逐渐增大,在初始掺气点达到最大值后有所下降,随后逐渐增加并趋于某一常数,压强沿程呈波浪式发展,水流空化数也呈波浪式发展;在消力池内,水流流速先逐渐减小,达到最小值后又逐渐增大,压强先逐渐增大,增大到最大值后逐渐减小,然后减小到最小值,再逐渐增大,水流空化数沿程先逐渐增大,达到最大值后逐渐减小;台阶水平面上的空化数从台阶凹角向凸角逐渐增大,竖直面上的空化数从底部向顶部逐渐减小;同时水流空化数随着流量的增加而减小。