弧形闸门前漩涡影响因素研究

为研究弧形闸门局部开启时引起闸门前发生的吸气漩涡影响因素,取某泄洪闸的其中一孔为研究对象,采用比尺为1∶20的水工模型进行了相关试验研究和理论分析。研究结果表明,闸前吸气漩涡的产生与闸前水深、闸门开度、来流环量以及表面张力和黏性力有关。通过试验观测和理论分析得到,闸前漩涡存在上、下两个临界淹没水深。当闸前水深在临界淹没水深上下限之间时有吸气漩涡发生。弧形闸门局部开启时,开度越大,闸门进水口的宽高比越小,吸气漩涡越强;来流的边界条件引进的环量作用越明显,漩涡越强;当雷诺数Re≥4.4×10~4,韦伯数We≥(104~208)时,可以忽略黏性力和表面张力对试验的影响。最后,通过理论分析建立了只考虑闸门进水口的宽高比和环量数的临界淹没水深公式。     

弧形闸门前旋涡临界淹没水深研究

该文以某弧形闸门控制的泄洪闸为研究对象,采用比尺为1:20的水工模型试验,对弧形闸门前的旋涡特性及其临界淹没水深进行了研究。试验观测发现,弧形闸门局部开启时,闸门前旋涡总是成对出现的,且环量方向相反。实测吸气旋涡的临界淹没水深数据表明,其不仅与弗劳德数有关,还与进水口的宽高比以及来流收缩比有关。最后该文通过理论分析和数据拟合的方法,建立了避免弧形闸门前形成吸气旋涡的临界淹没水深公式,该公式同时考虑了弗劳德数、闸门开度和来流环量的影响。     

闸前漩涡水力特性及形成条件的试验研究

结合实际工程,利用水工模型试验研究了闸前漩涡的发生规律和水力特性。试验研究表明,在闸门开度较大的工况下,才会出现严重的间歇吸气漏斗漩涡。而在闸门开度一定的情况下,闸前漩涡强度随淹没深度变化较为明显：当淹没深度趋近于某一值时,此时的漩涡强度存在极大值,小于或者大于这个淹没深度,漩涡的强度都会有不同程度的减弱,甚至消失。从理论上探讨分析了间歇吸气漏斗漩涡的形成条件。这些成果可为闸前漩涡消除措施的工程设计提供参考。     

进水口漩涡特性及临界淹没水深的研究进展

压力进水口前的漩涡是常见的水力现象,研究漩涡的水力特性,是认识和消除进水口漩涡的基础.研究进水口前漩涡的主要方法有室内缩尺物理模型试验、理论研究及数值模拟等.主要对进水口漩涡水力特性和临界淹没水深的研究成果进行了分析总结;根据漩涡是否吸气对其进行分类,分析各种漩涡可能产生的危害,并总结了漩涡产生的影响因素、缩尺效应和进水口的临界淹没水深公式.最后指出,应加强电站进水口漩涡的原型观测统计,以及双层或多进水口临界淹没水深的研究.     

进水口漩涡问题研究综述

水工建筑物进水口前经常会出现漩涡。根据漩涡是否吸气,将其分为吸气漩涡和不吸气漩涡,指出吸气漩涡会造成水工建筑物和水力机械的破坏。分析和总结漩涡产生的影响因素、漩涡危害以及漩涡消除方法等研究成果,回顾了通过物理模型和数值模拟对进水口吸气漩涡进行研究的最新成果。     

平面弧形双开闸门闸下水流流动特性研究

通过平面弧形双开闸门物理模型试验,对闸门对称开启、不对称开启和浮起运行三种情况的闸下水流流态进行了观测,测量闸门上下游水位、过闸流量、闸门开度等水力参数,分析闸下水流流态,总结出平面弧形双开闸门运行时闸下水流流动的特性。闸门对称开启时,闸下没有影响闸门运行的不良流态,主流居中,两侧回流区对称;闸门不对称开启时,闸门的开度小比开度大时对流态的影响大;闸门浮起运行时,闸下海漫段主流偏于两侧,河道中心部位形成两个强弱周期转换的回流区。     

山东德州四女寺南进洪闸过闸流量分析

采用理论计算分析与模型试验相结合的方式,通过研究堰流和孔流的界限、影响闸孔出流流量偏离与闸门上下游水位、闸门开启高度等因子的定量关系及自由出流和淹没出流的条件,确定弧形闸门的流量系数、淹没系数和垂直收缩系数等,得到四女寺枢纽南进洪闸的水力计算方法,找到影响弧形闸门闸孔出流的流量、开启高度、上下游水位差的表征关系式,并通过试验和经验图表进行了验证.     

乐昌峡水电站溢流坝泄洪孔消涡研究

乐昌峡水电站溢流坝水力模型试验表明,溢流坝泄洪运行时,其右端5#泄洪孔进水口上游水面出现漏斗状入流漩涡,不利于工程安全运行。在溢流坝泄洪孔进水口入流漩涡产生原因和模型试验漩涡相似性分析的基础上,提出了改善溢流坝泄洪孔闸孔边界条件的措施,消除了溢流坝泄洪孔进水口入流漩涡,可确保工程的安全运行。     

双有压进水口布置型式对漩涡特性的影响

水工建筑物有压进水口吸气漩涡对建筑物和水力机械有一定的破坏作用。探讨漩涡尤其是吸气漩涡的产生机理,揭示其运动的规律,寻求控制漩涡危害的有效措施,对工程具有实际意义。以往对进水口漩涡特性与影响因素研究主要集中在单道单管引水,关于双进水口或多进水口的漩涡特性的研究较少。选取双有压进水口淹没出流,针对不同淹没水深,通过改变进水口体型及布置型式,观测水面流场及漩涡特性。研究发现随着相对淹没水深的增加,吸气漩涡持续时间、频率及强度均降低;不同淹没水深情况下,立轴漩涡的直径及强度随着淹没水深的不断增加呈现先变大后减小的变化过程;适当增大进水口间距能够改变漩涡类型,降低吸气漩涡持续时间及其出现的频率。     

乐昌峡溢洪道弧形闸门有限元静动力分析

针对乐昌峡溢洪道弧形闸门,建立了以板壳单元为主的空间三维有限元模型,采用NASTRAN软件计算了最不利工况下闸门的应力、变形和屈曲特性,以及闸门开启状态下的自振特性,并介绍了相应的水力学模型试验成果。计算结果表明:闸门的强度、刚度和稳定性均满足规范要求,同时闸门基频和过闸水流主频差距较大,闸门发生共振的概率很小。     

边表孔闸前吸气旋涡试验研究

针对多泄洪表孔的边表孔闸前极易产生强烈的吸气旋涡的问题,试验观察了边表孔闸前水流流态,分析了旋涡成因,并详细研究了工作水头、闸门开度、绕流距离及相邻表孔运行方式对吸气旋涡的影响以及吸气旋涡对表孔侧墙压力的影响。结果表明:该吸气旋涡主要是由边墩绕流效应引起,是发生在边表孔的特殊水流现象;旋涡涡心直径随工作水头和绕流距离的增大而增大,随闸门开度的增大而减小;相邻表孔全开与局部开启相比,边表孔闸前漩涡更大;吸气旋涡导致表孔下游侧墙出现负压,可能造成侧墙空蚀破坏,在实际工程中应注意对此类旋涡进行控制。     

泵站电站进水口分层布置下泵站开启对电站运行影响研究

泵站、电站进水口分层布置,可充分利用河谷宽度,减少工程开挖量。但在此布置下,泵站开启过程对电站进水口可能形成不利的水流流态,影响电站的正常运行。针对以上问题,结合动网格技术,采用k-ε紊流模型对某枢纽泵、电站分层布置进水口水力特性进行了三维数值模拟,通过分析电站进水口附近水体的压力变化,解析泵站开启对电站正常运行的影响。结果表明泵站开启过程对电站正常运行有一定的影响。     

Physical and numerical modeling of swirling flow in a scroll vortex intake

Scroll vortex intakes are hydraulic structures commonly used in water supply, drainage and sewerage systems. Water flows into the intake via an eccentric approach channel and a vortex chamber imparts swirl to the flow, leading to a stable air core vortex along the dropshaft. Although much effort has been devoted to investigate the scroll vortex flow, yet the understanding on its hydraulic characteristics is still far from complete due to a lack of detailed velocity field measurements. This paper presents the first comprehensive measurement of the three-dimensional (3D) flow field of a scroll vortex intake using non-intrusive Laser Doppler Anemometry (LDA). A validated 3D Computational Fluid Dynamics (CFD) model with the Volume-Of-Fluid (VOF) method is developed for interpreting the measurement. It is found that the vortex flow in the scroll chamber resembles a free vortex and the circulation is approximately equal to that at the chamber inlet, with a thin bottom boundary layer. The vortex flow at the bellmouth outlet possesses a circulation constant smaller than that in the chamber, and its vertical velocity component is approximately constant across the flow thickness.     

Hydraulic characteristics of chamber-free tangential vortex flow generators

Conclusions Model hydraulic investigations of chamber-free tangential vortex flow generators with supply conduits having different slopes indicated that: the hydraulic loss in the vortex generator increases with increasing swirl rate Π of the flow; this leads to a reduction in flow-rate characteristics; an air feed to the core lowers, however negligibly, the flow factor of the vortex generator for the regimes investigated; the parameter Π=sin β has a small range of variation when air is present in the core; this is explained by the increase in the axial velocity component in the involuted flow with increasing cross-sectional area of the core for nearly equivalentQ; and, the stability of the core is a deciding factor for an increase in the carrying capacity of the vortex generator for shaft slopes β>75°, and is a progressive component of the velocity of the liquid inside the swirl subassembly when β<75°. Translated from Gidrotekhnicheskoe Stroitel'stvo, No. 2, pp. 28–31, February, 1999.     

江口水电站斜门槽水力特性研究

 结合江口水电站溢流坝中孔检修闸门，进行了高水头斜门槽水力特性试验研究。试验内容包括闸门在动水下降过程中的闸门区水流空化特性、闸门关闭速度、闸门底缘体形、水流流态、通气孔风速、进气量对闸门持住力的影响。试验成果表明：中孔检修门槽布置符合我国高压闸门设计规范推荐的平面门槽形式；当闸门在全开及设计水位运行下，门槽区水流空化数为0.8～0.9，不会有空化发生,但因中孔为斜门槽，为克服水流对斜门槽的冲击力变化，应适当增大错台。推荐了方案5底缘布置形式。     

几种典型水工建筑物进水口消涡措施试验研究

为探索水工建筑物进口的消涡措施,以系列水工模型试验为研究手段,分别从电站、导流洞、渠道倒虹吸和河道倒虹吸等典型水工建筑物进水口漩涡形成的诱因与工程实例着手,介绍了消除漩涡的试验过程。进水口前立轴漩涡形成的诱因较为复杂,对于平面回流、不对称进流和侧向进流等不利流态引发的立轴漩涡,可布设浮堤破除回流（如导流洞）或加高进口两侧翼墙阻断横向水流（如河道倒虹吸）,进而达到消减漩涡的目的;对于进口前水流条件较好,而由进口体型导致的立轴漩涡（如渠道倒虹吸）,将进口顶部椭圆曲线（或圆弧）加大切点上移至最高运行水位附近或将竖直胸墙调整为向上游倾斜状,可起到挤压漩涡区的作用,引导水流平顺下泄,达到消减漩涡的功效。     

深孔弧形闸门静动力特性及流激振动

弧形闸门由于其启门力小、无门槽及运行操作方便等优点,在水工建筑物中得到广泛应用,但不少闸门由于结构设计、布置或运行操作不合理等原因,在运行中会发生强烈振动甚至结构破坏,影响闸门结构的运行安全,特别是高水头、有局部开启控泄要求的大跨度弧形闸门。通过水力学试验、三维有限元静动力分析和流激振动试验,系统研究了深孔弧形闸门的水力学特性、静动力特性、流激振动特性,揭示了闸门结构的流激振动共振现象,并针对分析过程中出现的应力、变形过大问题,提出了加强闸门结构强度和刚度的优化措施,确保其安全平稳运行。     

HYDRAULIC CHARACTERISTICS OF VERTICAL VORTEX AT HYDRAULIC INTAKES

The trace of vertical vortex flow at hydraulic intakes is of the shape of spiral lines,which was observed in the presented experiments with the tracer technique. It represents the fluid particles flow spirally from the water surface to the underwater and rotate around the vortex-axis multi-cycle. This process is similar to the movement of screw. To describe the multi-circle spiral characteristics under the axisymmetric condition,the vertical vortex would change not only in the radial direction but also in the axial direction. The improved formulae for three velocity components for the vertical vortex flow were deduced by using the method of separation of variables in this article. In the improved formulae,the velocity components are the functions of the radial and axial coordinates,so the multi-circle spiral flow of vertical vortex could be simulated. The calculated and measured results for the vertical vortex flow were compared and the causes of errors were analyzed.