管道汇流口局部阻力试验研究

通过试验研究并结合水动力学原理,在分析汇流口独特水力特性及能量损失机理的基础上,提出了适用于任意角度汇流管路分析计算的局部能量损失系数的普遍表达式。分析了交汇角、流量比(支管流量／合流量)及面积比(支管面积／主管面积)等因素的影响规律,并对各影响因素进行了分析比较。研究结果表明,管道汇流口水流的局部能量损失,必须考虑汇入断面上支流沿下游主流方向的动量分量和主支流间相互掺混引起的附加摩擦阻力的影响。局部能量损失系数随交汇角、流量比增加而增加。当流量比较小时支流的局部水头损失系数出现负值,而当流量比较大时主流的局部水头损失系数出现负值。分离区内外压强差随交汇角增大而增大,随流量比的增大先增大后减小。     

渠道矩形断面水面线计算简化

依据明渠水力学稳定缓变流理论，以著名的伯诺里方程与水流运动连续原理为基础，利用渠道相邻两个断面水深比值，推导矩形断面渠道方面曲线水力计算简化式，经算例表明，效果良好。     

微灌管道局部水头损失扩大系数的修正

根据微灌水力学原理,修正了微灌管道局部水头损失扩大系数,并对影响局部水头损失扩大系数的因素进行了敏感性分析。结果表明:当微灌管道出水口较少及进口端长度不等于出水口间距时,采用修正后的微灌管道局部水头损失扩大系数可以提高管道总水头损失的计算精度。     

结点局部能量损失对管网水力计算的影响

对于管径较大、管段长度较短的管网,结点处的动量交换和局部能量损失显著影响管网中管段通过流量的计算结果。进行管网水力计算时,忽略结点处的局部能量损失或采用不变的局部能量损失系数均是不合适的。文中分别应用三种计算方法,即忽略结点处局部能量损失、采用恒定不变的结点局部能量损失系数,以及根据试验成果所得的与水流条件有关的半经验公式,针对短管段构成的管网系统进行了计算比较,管段流量的计算结果相差很大。研究结果还表明,与同一结点相接的各管段间存在显著的能量交换,因此,忽略或采用恒定不变的能量损失系数均不能正确地反映这些水流现象。     

矩形断面收缩水深的简化计算法

针对目前矩形断面收缩水深计算方法存在的计算繁复、结果精度不高等问题,经过对矩形断面收缩水深基本方程的进一步整理,引入幂级数展开并经适当简化,获得了形式较为简单的迭代初值函数,经一次迭代后通过数学方法推求出了表达形式简单、容易记忆、计算简捷、便于实际应用、成果精度可靠的近似计算公式,通过精度分析及计算举例表明,在工程实用范围内(即0<α≤0.4,α为无量纲水深),计算相对误差小于0.54%,具有较好的应用推广价值。     

矩形断面收缩水深的直接计算方法

矩形断面收缩水深的计算需求解高次隐函数方程,理论上无解析解,传统的图解法或者试算法计算过程复杂,费时费力.通过对矩形断面收缩水深的基本方程进行恒等变形,得到快速收敛的迭代公式;再与合理的迭代初值配合使用,得到矩形断面收缩水深的直接计算公式.误差分析及实例计算表明,在工程常用范围内,收缩水深的最大相对误差仅为0.28%,直接计算公式形式简捷、精度高、适用范围广.     

大断面复杂体型压力管道开挖控制技术

大型水电工程压力管道断面大、体型复杂,施工体型须跟进洞轴线在空间三维持续变形,施工控制难度大。文章依托大渡河双江口水电站工程,通过对空间转弯段测量放样、钻爆工艺控制,使成型效果达到设计规范规定的体型与超欠挖控制精度要求,减少弯管超挖与混凝土回填量,节约工程成本,其施工参数与经验在其他类似工程中具有推广意义。     

产业园供水工程输水管道局部水头损失计算探讨

针对当前《村镇供水工程设计标准规范》所规定的根据沿程水头损失的5%～10%估算输水管道局部水头损失的做法仅适用于输水管线无较大起伏,走向平缓顺畅的情况,提出对于地形地貌特殊、管线剖面起伏大、转弯点多的输水管线,应当结合管段实际逐段计算局部水头损失并加总求和的处理方法。以金塔县北河湾循环经济产业园供水工程（二期）为例,采用两种方法进行了其典型输水管段局部水头损失值的计算,为避免所预留的富裕水头较小,使实际输水流量无法满足设计流量或因水流过小而无法联通,确保工程实施阶段输水建筑合理布置,最终选择逐段计算局部水头损失并加总求和的结果。     

矩形和抛物线形明渠收缩断面水深的精确解

给出矩形和抛物线形明渠收缩断面水深的精确计算公式。根据一元三次方程和一元四次方程的精确解,研究矩形和抛物线形明渠收缩断面水深的精确计算方法。提出了收缩断面水深的精确计算公式。矩形和抛物线形明渠收缩断面水深以往主要是通过试算或迭代计算,本文给出的公式为显式精确计算公式。     

闸孔出流局部水头损失系数研究

为了填补现有水力计算手册中关于确定闸孔出流局部水头损失系数的空白,在当前闸孔出流水力计算理论与实践的基础上,根据能量方程导出了平板闸门闸孔出流局部水头损失系数ζ的定量计算公式.即ζ=0.610 3(e/H)3-0.290 8(e/H)2+0.117 5e/H+0.040 6,ζ随闸孔相对开度e/H的增大而增大,其变化范围为0.04～0.16.     

管流与明渠层流的总流机械能方程及机械能损失计算

管流与明渠流同属流体力学中的内流,其总流机械能方程在水力学中称为总流能量方程。现有水力学中的总流能量方程是以理想不可压缩液体的伯努利方程为基础得到的,无法得到总流机械能损失的表达式。该文作者曾直接从黏性不可压缩流体运动的控制方程出发分别得到了管流及明渠流的总流机械能方程,解决了以上问题。考虑到层流条件下明渠流自由表面的变形特点,该文在前述工作基础上,将管流及明渠流在层流条件下的总流机械能方程进行了统一,同时还分别计算了管流(圆管、不同长短半轴比的椭圆管、不同宽高比的矩形管和不同内外径比圆环管)及明渠流(不同宽深比的矩形明渠)在层流条件下的总流机械能损失系数。结果表明:在同一雷诺数条件下,圆管层流的总流机械能损失系数比椭圆管层流、矩形管层流、圆环管层流及较大宽深比的矩形明渠层流的机械能损失系数要小。     

偏离水力最佳断面渠道运行效益分析计算

根据矩形和梯形断面的水力最佳断面条件,在保持过水断面面积、渠道底坡、边壁粗糙系数不变的情况下,推导出偏离水力最佳断面的矩形渠道和梯形渠道运行效率计算公式,绘出偏离量与效率的变化关系曲线,分析了偏离程度、过水断面面积、运行效率之间的相互变化关系,提出了由于偏离而影响运行效益的一般计算方法,并给出了算例。该方法在渠道设计方案选择时能快速、准确地计算出各方案的运行效益影响值。该方法也可对已建渠道进行评价。     

The calculation of mechanical energy loss for incompressible steady pipe flow of homogeneous fluid

The calculation of the mechanical energy loss is one of the fundamental problems in the field of Hydraulics and Engineering Fluid Mechanics. However, for a non-uniform flow the relation between the mechanical energy loss in a volume of fluid and the kinematical and dynamical characteristics of the flow field is not clearly established. In this paper a new mechanical energy equation for the incompressible steady non-uniform pipe flow of homogeneous fluid is derived, which includes the variation of the mean turbulent kinetic energy, and the formula for the calculation of the mechanical energy transformation loss for the non-uniform flow between two cross sections is obtained based on this equation. This formula can be simplified to the Darcy-Weisbach formula for the uniform flow as widely used in Hydraulics. Furthermore, the contributions of the mechanical energy loss relative to the time averaged velocity gradient and the dissipation of the turbulent kinetic energy in the turbulent uniform pipe flow are discussed, and the contributions of the mechanical energy loss in the viscous sublayer, the buffer layer and the region above the buffer layer for the turbulent uniform flow are also analyzed.     

管壁均匀密集加糙圆管流的新总流机械能方程及流动数值模拟

能量(机械能)方程是水力学的理论基础;能量损失(机械能损失)的计算既是水力学乃至工程流体力学的主要研究内容之一,也是工程实际中颇为关注的问题。以往水力学中的能量方程系以重力场中理想不可压缩流体的伯努利方程为基础而得到,其既不能直接反映紊动对流动的作用,能量损失也无明确的表达式。本文在我们现有研究工作基础上,通过理论分析与数值模拟,得到如下成果:(1)构建了管壁均匀密集加糙圆管流的新总流机械能方程;(2)通过数值模拟,对管壁均匀密集加糙圆管流的机械能损失及其构成进行了研究。构建的方程包含了紊动的作用;研究成果表明,均匀密集加糙圆管流总流机械能损失与雷诺数及管壁光滑度有关,且可分解为与时均流速梯度相关的损失及与紊动耗散相关的损失两部分。     

金属蜗壳不同断面型式充水保压状态下的受力特性分析

水轮机金属蜗壳设计中不同断面结构型式的选择,会在一定程度上影响结构的受力特性和厂房布置尺寸。为分析金属蜗壳不同断面型式结构受力特性,对非圆形的三心圆蜗壳断面与圆形蜗壳断面结构在充水保压阶段进行了有限元数值计算。研究结果表明:相比于圆形断面蜗壳结构,三心圆蜗壳在充水保压时蜗壳直管段会发生较大的水平偏转位移,座环整体在水平向的变位也相对更大,对钢蜗壳整体的变形控制要求更高;而钢蜗壳断面内环向应力数值略有减小,但整体应力水平变化不大。因此,从水压试验和保压阶段蜗壳与座环结构的变形控制角度来看,在高水头充水保压蜗壳结构中采用非圆形断面蜗壳结构是不合适的。建议今后在金属蜗壳结构设计和埋设方式选择时,应该充分重视不同蜗壳断面结构型式对结构受力特性的影响,确保水电工程的顺利建设和安全运行。     

金属蜗壳不同断面型式充水保压状态下的受力特性分析

水轮机金属蜗壳设计中不同断面结构型式的选择，会在一定程度上影响结构的受力特性和厂房布置尺寸。为分析金属蜗壳不同断面型式结构受力特性，对非圆形的三心圆蜗壳断面与圆形蜗壳断面结构在充水保压阶段进行了有限元数值计算。研究结果表明：相比于圆形断面蜗壳结构，三心圆蜗壳在充水保压时蜗壳直管段会发生较大的水平偏转位移，座环整体在水平向的变位也相对更大，对钢蜗壳整体的变形控制要求更高；而钢蜗壳断面内环向应力数值略有减小，但整体应力水平变化不大。因此，从水压试验和保压阶段蜗壳与座环结构的变形控制角度来看，在高水头充水保压蜗壳结构中采用非圆形断面蜗壳结构是不合适的。建议今后在金属蜗壳结构设计和埋设方式选择时，应该充分重视不同蜗壳断面结构型式对结构受力特性的影响，确保水电工程的顺利建设和安全运行。     

复式河槽流量计算方法比较与分析

复式河槽在洪水漫滩后,直接运用曼宁方程计算过流能力将带来很大误差。本文系统地总结了复式河槽流量计算的各种方法,运用这些方法分别计算整个复式断面的流量和滩槽流量分配,并与英国科学工程研究协会洪水水槽设施 (SERC-FCF)的大量的系列水槽实验成果进行比较。通过比较发现：计算流量时,断面垂直分割法、单一河槽法和等速剖分法误差都很大;而其它方法精度都比较高。运用流量计算精度比较高的方法同时计算流量分配发现：对某一具体断面形态而言,很难准确说哪种方法的精度最高。通过对各种方法的综合分析,建议在计算天然复式河槽过流能力时,采用河槽协同度方法。     

马蹄形过水断面正常水深的迭代计算

马蹄形过水断面因几何图形复杂,水力计算困难,为此,通过数学推导,给出了标准Ⅰ、Ⅱ型 马蹄形过水断面水力 要素计算公式和正常水深迭代公式,并提出判别水深范围的分界流量,便于生产实际中应用。 