干旱胁迫对连翘幼苗非结构性碳分配和水力特性的影响

为了探究长期干旱胁迫下连翘不同器官的非结构性碳水化合物(NSC)含量与水力特性的协调及响应机制。以连续3年不同水分条件处理后的连翘幼苗为研究对象,设置3个水分处理(适宜供水、中度干旱胁迫和重度干旱胁迫),研究长期干旱胁迫后连翘幼苗的光合特性、生物量的分配、NSC各组分含量、水力特性的变化及其碳水两者之间的相关关系。结果表明:(1)适宜供水、中度干旱、重度干旱胁迫下,枝条的栓塞程度分别为30.7%、41.8%和42.3%,枝条导水率分别为0.95、0.71、0.65 kg m^(-1)s-1MPa^(-1)。(2)重度干旱胁迫显著降低了净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、水分利用效率。(3)重度干旱胁迫导致地上和粗根生物量显著降低,细根生物量和根冠比显著增加。此外,各器官的NSC含量显著降低,其根系NSC消耗量最高,根系的可溶性总糖和淀粉含量显著降低,枝条的可溶性总糖、葡萄糖和蔗糖含量增加了12.9%、31.1%和45.7%,而淀粉含量降低了40.7%。(4)枝条栓塞程度和导水率与可溶性总糖、淀粉、蔗糖和葡萄糖含量显著相关,其栓塞程度与可溶性总糖、葡萄糖和蔗糖呈正相关,而与淀粉呈负相关(P<0.01)。综上所述,干旱导致连翘枝条木质部的栓塞程度增加,导水率、光合作用和水分运输效率均显著降低,但连翘通过提高枝条内可溶性总糖、葡萄糖、蔗糖含量和降低淀粉、NSC含量以提高植物在干旱条件下的存活机率及旱后水分恢复能力,研究为半干旱区连翘培育和经营提供理论依据。

竖井式进出水口水力特性研究进展

竖井式进出水口是抽水蓄能电站水道系统两端控制水流的常用进出水口型式之一。竖井式进出水口双向过流,水流在短距离内经历两次90°流向转变(水平-竖直-水平),流向变化剧烈,水力条件复杂,深入研究竖井式进出水口水力特性,进而优化其体型结构,对抽水蓄能电站设计及施工具有重要意义。首先,介绍竖井式进出水口应用背景及体型特点,分析竖井式进出水口水力特性存在的问题;其次,对竖井式进出水口孔口流量分配、拦污栅断面流速分布、漩涡和水头损失等方面研究进展进行总结;最后,归纳了竖井式进出水口水力特性研究方法,探讨了今后研究应聚焦的主要方向。

测控一体式分水农门试验与水力特性探索

【目的】设计一种一体式量控建筑物—测控一体式分水农门,探究其在梯形渠道上的量水性能。【方法】利用农门控制碟阀和圆管组合而成测控一体式分水农门(以下简称分水农门),研究不同流量Q、不同农门控制碟阀开度θ下的分水农门各项水力特性以及流量公式。【结果】(1)通过拟合设计分水农门流量公式计算出的流量与实测流量平均误差为4.34%,流量量测误差小于±5%,满足灌区量水精度要求。(2)分水农门中输水管道部分“最优测点”位于管道整体长度0.475~0.575处。(3)分水农门主要是在水流经过碟阀时产生局部水头损失和沿程水头损失,水头损失介于29.54%~38.89%。【结论】当流量在30~65m^(3)/h时,不同流量工况和碟阀开度下分水农门满足灌区量水精度要求,可在灌区末级渠道进行水量计量。

三角迷宫式侧堰的水力特性研究

迷宫式侧堰具有较大的泄流能力,广泛应用于流量控制、农田灌溉和排水系统.为研究三角迷宫式侧堰的复杂水力特性、泄流规律及泄流影响因素,本研究首先基于FLOW-3D软件和RNG k-ε湍流模型,对侧堰的15种工况进行数值模拟计算,获得侧堰水面流态、流速分布等水力特性.同时,通过白金汉π定理推出影响迷宫式侧堰流量系数的无量纲参数,探究流量系数C_(d)与无量纲参数之间的变化规律,利用人工智能遗传规划(Genetic Programming,GP)算法拟合出流量系数计算公式.结果表明:主渠道内水流为缓流,堰顶角θ较小时,二次流使得水面流态变化,流速在靠近侧堰时发生急剧变化,堰内产生回流.随着θ的增大,堰顶上方水舌从对称分布变为偏右侧下泄,堰内回流现象消失;C_d随上游弗劳德数Fr和溢流前沿与堰顶水深之比l/h_(1)的增加而减小,随堰高与堰上水头之比p/h_(1)的增加而增加,θ越大,C_(d)变化趋势越大;流量系数预测公式在测试阶段的决定系数R^(2)=0.913,均方根误差RMSE=0.045,流量系数预测值与试验值的散点图拟合效果良好,数据点分布均匀且关于拟合线对称,表明GP模型得出的结果较为准确,满足灌区量水精度要求.该研究成果可为迷宫式侧堰在实际工程中的应用提供理论依据和技术支撑.

宽式防旋墩环形堰竖井水力特性分析

目前许多拟建抽蓄工程泄洪洞的环形堰竖井入口设置了新型宽式防旋墩,以消除喉口处由不可控漩流引起的呛水等不利流态,而宽式防旋墩环形堰竖井的水气特性与以往采用起旋墩和窄式防旋墩的竖井存在较大差异,业内对其认识尚不清晰。以石台抽水蓄能电站下水库泄洪洞的竖井作为研究对象,采用物理模型试验与数值模拟相结合的手段,分析了流态、流速、压力、消能率等水力指标。研究结果表明:宽式防旋墩引导水流平顺进入竖井形成脱壁流,其尾部可形成顺畅的进气通道,空气经此通道可充分进入竖井以保持井内流态与压力的稳定;新型竖井过流能力满足要求,各部位流速、压力分布正常,总消能率达85%以上;宽式防旋墩可消除不可控漩流导致的呛水现象并引导水流在竖井内形成脱壁流态,使竖井壁面免于空蚀破坏;墩尾通气量足够时,可取消通气管及环形堰与竖井结合部突扩体型,简化工程布置。相关经验可供类似抽蓄电站工程的泄洪洞竖井设计参考。

茨哈峡水电站泄洪洞旋流竖井段体型水力特性研究

为探究竖井旋流泄洪洞在高水头大泄量条件下的水力特性,以茨哈峡水电站为背景,进行竖井旋流泄洪洞的水工模型试验,通过比较不同衔接段体型涡室壅水和竖井底板的脉动压强,以获得上平段与涡室衔接段和竖井与导流洞衔接段的推荐体型。基于VOF模型,采用三种紊流模型对推荐体型水力特性进行数值模拟。研究发现,竖井内旋转水流的水层厚度分布不均,旋转水流切向流速的衰减梯度从上到下逐渐降低,在竖井前半段,轴向流速随竖井高度的降低增加较快,竖井中下段,主流水体的轴向流速增加明显,而副流水体增加缓慢;竖井旋流泄洪洞各部位消能差异大,竖井起始部位主要消去涡室来流的初始切向动能,中间部位主要消去旋转水流的轴向动能,下半部位利用环状水跃和消力井消去旋转水流大部分的剩余动能。Realizable k-ε紊流模型更适合模拟超高水头、大泄量、强旋转并带有自由液面旋转水流的水力特性。

水库闸门不同开度下过闸水流水力特性研究

为研究伯斯阿木水库工程导流兼深孔泄洪洞工作闸门过闸水流水力特性,考虑闸门开度与过闸流量因素,借助水工模型试验方法,分析了过闸水流的水位、流速以及压强特征。试验结果表明,开度会影响闸前上游水位的稳定性,而过闸流量只会影响水位值。过闸流量对过闸水体流速影响效应高于开度因素。开度增大,面板时均压强降低,而过闸流量对之影响相反。开度、过闸流量会改变面板零压强分布区,影响面板渗流安全。论文可为挡水闸门的运营调度以及过闸水流稳定分析提供参考。

接立面转弯隧洞的侧式出水口水力特性

对于接立面转弯隧洞的侧式出水口,立面转弯隧洞的转弯段将直接影响侧式出水口的水力特性。若立面转弯隧洞参数设计不合理,极易导致侧式出水口内部发生流动分离。选取RSM紊流模型,针对接立面转弯隧洞的侧式出水口进行数值模拟,探究立面转弯隧洞曲率半径R、弯道后直隧洞长度L及转弯角度α等参数对出水口水力特性的影响规律,并对隧洞内流动过程进行了讨论。增加立面转弯隧洞曲率半径R和弯道后直隧洞长度L能显著改善出水口的水力指标。当曲率半径R≥12 D(D为隧洞直径)、弯道后直隧洞长度L≥16 D时,侧式出水口内部无明显流动分离,拦污栅断面流速分布均匀且无反向流速区。研究成果将对抽水蓄能电站侧式进/出水口的设计提供指导。

特斯拉阀鱼道与竖缝式鱼道水力特性数值模拟研究及可行性分析

为探究特斯拉阀鱼道和两种竖缝式鱼道能否满足鱼类洄游条件,基于Fluent采用标准RNG k-ε湍流模型和VOF多相流对自由水面进行捕捉的方法,对3种鱼道池室流场进行三维湍流数值模拟,主要采用相同的边界条件研究3种鱼道的水力特性对四大家鱼洄游的影响。分析得出,3种鱼道主流明确,流态分区明显,从底层到高层,主流流态越来越不明显,流速呈减小趋势。双侧竖缝式鱼道、异侧布置竖缝式鱼道和特斯拉阀鱼道的平均流速分别为0.49、0.45和0.69 m/s,平均回流区占比分别为0.67、0.71、0.69,最大流速分别为1.24、1.49、1.54 m/s。双侧竖缝式鱼道、异侧布置竖缝式鱼道和特斯拉阀鱼道的断面最大流速分别为1.09、1.38、1.54 m/s,断面平均流速为0.75、0.57、0.85 m/s。双侧竖缝式鱼道最大湍动能0.054 m^(2)/s^(2)出现在上层水体隔板后方,其余绝大部分区域湍动能小于0.05 m^(2)/s^(2);异侧布置竖缝式鱼道最大湍动能0.072 m^(2)/s^(2)出现在上层水体竖缝出口处,其余绝大部分区域湍动能小于0.05 m^(2)/s^(2);特斯拉阀鱼道最大湍动能0.221 m^(2)/s^(2)出现在上层水体的单元回路中,主干道的绝大部分区域湍动能小于0.05 m^(2)/s^(2)。分析得出3种鱼道的流速、流态满足鱼类洄游条件,3种鱼道预计鱼类洄游路线区域的湍动能满足鱼类洄游条件,本文研究成果可为以后的鱼道结构设计提供思路。

竖缝式双池室鱼道与传统VSF水力特性对比

鱼道是为保障鱼类的生存繁衍,保护洄游性水生生物通过水坝、水闸等障碍物的重要通道。采用RNG k-ε模型对竖缝式双池室鱼道和传统竖缝式鱼道(VSF)进行数值模拟计算,对比分析各项水力特性。结果表明:与传统VSF相比,竖缝式双池室鱼道流场的主流区数量更多、回流区更稳定;鱼道具有丰富的流速信息,且各竖缝处的最大流速和平均流速均小于传统VSF的50%;鱼道3条主流区位置分布均匀,流速综合衰减率较传统VSF高3%左右。竖缝式双池室鱼道作为一种新型VSF,其水力特性达到了传统VSF结构优化设计的目的,相关成果可为鱼道工程建设提供参考。

基于模型试验闸门开度对溢流坝水力特性影响

结合安哥拉凯巴萨水电站多闸孔溢流坝,基于水工模型试验研究闸门开度对掺气空腔长度、时均压力、流速等水力学特性的影响。结果表明:当闸门相对开度e/H<0.57,闸前水流水力条件较优;溢流坝面最大流速随闸门开度增大而增大,不同闸门开度下溢流坝面和中墩的时均压强分布趋势一致;不同闸门开度下水流经过溢流坝面的掺气坎后,均可形成稳定自由空腔,掺气空腔长度随闸门开度增大而减小。研究结果对水电站闸门运行调度提供有价值的参考。

基于参数化模型的岩体裂隙辐向流水力特性研究

为研究粗糙裂隙岩体内部水力特性,建立参数化粗糙裂隙辐向流三维数值计算模型,通过设置不同工况进行分析。结果表明:粗糙岩体裂隙辐向流入口水压力越大,裂隙优势水流通道形成的瞬态时间越短,裂隙内部波动效应越显著,水流通道的“聚集性”越强;水流辐射流出过程中会引起裂隙表面产生局部“真空”,导致流线出现摆动和涡流现象;裂隙表面凸起程度会制约水流的湍流效应;裂隙力学宽度在一定阈值范围内会影响裂隙优势水力通道的形成和演化。研究结果可为地下岩土工程的安全稳定提供借鉴。

冰盖下组合桥墩的局部冲刷特性及水力特性

为研究冰盖对组合桥墩局部冲刷及其周围流场分布的影响,基于动床冲刷试验,在不同覆盖条件下,分析了不同水流条件和桥墩尺寸对组合桥墩局部冲刷的影响,建立了预测明渠水流与冰盖流条件下组合桥墩最大冲刷深度的经验方程,并通过ADV测量了墩前的流场。结果表明:组合桥墩的冲刷模式与串列桥墩相似,最大冲刷深度始终出现在墩正前方;经验方程中来流水深、来流流速、桥墩尺寸、冰盖糙率均与最大冲刷深度呈正相关关系;在粗糙冰冰盖流条件下,墩前的垂向流速最大,导致其最大冲刷深度总是大于同等条件下的明渠水流和光滑冰盖流。

双弯弯管水力特性数值模拟分析

为探究不同夹角、流道结构、雷诺数下双弯弯管水力特性,揭示其不同夹角、流道结构、雷诺数、局部水头损失相关关系,以DN192 mm为例,建立弯弯、弯折、折弯、折折4种流道不同角度的三维结构模型,通过数值模拟计算和后处理,得到DN192 mm双弯弯管不同夹角、流道结构、雷诺数下水力特性及流场分布。结果表明:DN192 mm双弯弯管的局部阻力系数与夹角主要呈现二次抛物线关系变化,随着弯曲角度的增大呈先减小后增大的趋势,所有组合弯管在角度为π/6时局部阻力损失系数达到最小;相同条件下,弯弯组合弯管结构最好,弯折组合与折弯组合较好,折折组合最差;在双弯组合弯管设计中,入流方向与过渡段夹角应在π/6左右为宜。

城市排水泵站水力特性及整流措施

为了解弧形进水箱涵城市排水泵站水力特性,探寻改善泵站内部不良流态的整流措施,采用数值模拟方法对城市排水泵站水力流态及整流措施进行研究,并通过物理模型对整流效果进行验证。研究结果表明:弧形进水箱涵城市排水泵站的前池存在主流偏斜与分离流动现象,前池主流集中在中上层,中下层出现大范围的立面环流,底层存在回流,进水池内流态紊乱并出现旋涡,导致水泵进水不够顺畅;设计优化的“方形立柱+组合横梁”的组合式整流措施能够改善前池和进水池的水力流态,前池内的偏流和分离流动消除,底层回流消失,进水池旋涡得到有效抑制,3台水泵进水流道入口流速分布均匀度分别提升了12.0%、8.7%、8.3%,入流速度加权平均角分别提升了7.08°、9.07°、11.40°。

基于弯道水力特性的蛙道构建与数值模拟研究

为有效提高渠系水利用系数和耕地利用率,灌区末级渠系普遍采取硬质化建设,又因受到渠道规模和防渗要求的约束,生态化改造相对匮乏。为解决灌溉渠道造成的稻作区两栖动物生境破碎化问题,结合灌区末级渠系输配水的实际情况,创新性地将弯道水力特性应用于灌溉渠道生物通道研究,通过建立硬质化农渠弯道的三维水流模型并开展数值模拟试验,模拟了不同弯道处于稳定输水条件下的水力特性,分析了水流结构对渠内蛙类运动轨迹的影响,提出了弯段生物通道的设计方法,并通过水流数值模拟和水头损失计算,评估了设置蛙道对蛙类逃脱效果和渠道输水效率的影响。结果表明:90°弯道出弯断面的纵向流速分布和横向环流结构有助于黑斑蛙利用水动力条件逃脱,并由此提出蛙道位置和结构形式的设计方法;结构变化对水流流态和输水效率并无明显影响,水流结构有利于渠内蛙类逃脱,最大沿程水头损失约为3.83×10^(-4)m,能够同时保证蛙类迁移效率和水流安全通畅。研究成果可为灌溉渠道生态修复提供理论依据和技术支持。

核电厂二次循环冷却水泵房流道水力特性优化研究

二次循环冷却技术是内陆核电建设的关键技术和重点研究方向,泵房流道内良好的水力特性对循环冷却水系统的安全、高效运行至关重要。结合世界首个采用超大型高位收水海水冷却塔二次循环冷却技术的核电项目,开展了循环水泵房流道物理模型试验,模拟分析了流道内流态、水力特性和启停泵过程的水位波动。试验结果表明:采用高位收水冷却塔的二次循环冷却水泵房具有“大取水流量、前池侧向进水、有限容积、高位布置”等特点,在不采取整流措施的条件下,流道内流速分布不均匀,吸水室内偏流严重,吸水喇叭口前存在预旋流,水泵吸水管涡角偏大,影响循环水泵的安全稳定运行。优化方案针对性提出“前池墩栅阵列分水整流+吸水室墩墙联合均流消涡”组合措施,改善了流道和吸水室内流态,满足了循环水泵平顺、均匀进流的要求。此外,根据启停泵水位波动的试验结果,给出了系统充水的最高静水位和启停泵间隔周期建议。研究成果可为后续核电厂二次循环冷却水系统的优化设计提供参考。

明渠自由跌水水力特性及其在流量计量上的应用

【目的】明渠跌水作为衔接渠道上下游水流的有效设施,可应用于明渠流量计量,通过简单测量跌坎断面水深即可实现渠道流量的精确计量。为研究明渠自由跌水水力特性及其在流量计上的应用,【方法】采用分析对比法将国内外明渠自由跌水的研究成果进行整理,从自由跌水水力特性、跌水量水试验研究及理论研究3个方面进行了对比分析,【结果】发现明渠自由跌水水力特性的研究多集中在跌坎断面压力分布;明渠跌水量水试验研究集中在he/hc的影响因素(渠道底坡S、糙率n、渠道宽度、渠道断面形式、弗劳德数等),该值可基于能量方程、动量方程、N-S方程及其他数值模拟方法得出。【结论】结果表明:试验中he/hc值在矩形渠道中基本是一个常数,但其他断面形式的渠道中该结论未得到验证;该值与明渠底坡S和糙率n有关,底坡方面的研究主要集中在缓坡(S=0.002 6~0.097 3)渠道,陡坡研究较少而平坡研究更少,糙率n的研究范围在0.009 3~0.045 0,但实际工程中n值变化较大。因此有必要在其他形式渠道上对he/hc值做进一步验证,并在更大范围内研究he/hc值与底坡S和糙率n的关系,这样更有利于明渠跌水量水技术的推广和应用。

基于动网格6DOF模型的框架式流速仪水力特性数值模拟与明渠测流速率常数预测

为分析明渠内框架式流速仪流场特性与运动姿态,同时对流速仪倍常数K和摩阻系数C进行率定,根据不可压缩流体流动的Navier-Stokes方程和SST k-ω湍流模型,结合VOF多相流模型,建立动态网格下的6自由度(6DOF)刚体动力学耦合数值仿真模型,对水冲击流速仪旋桨使之被动旋转过程进行了仿真,分析了流速仪在不同位置对流速仪倍常数K和摩阻系数C的影响规律。结果表明:采用动网格6DOF模型可以较好地模拟框架式流速仪在明渠的流动状态,仿真结果可靠性较高;通过对不同时刻转速与流速拟合曲线分析可知,流速仪位置不同会影响流速仪摩阻系数C,对流速仪倍常数K影响不大。研究结果可为进一步研究框架式流速仪优化和不同含沙水流条件下对流速仪的磨损提供参考。

阻断水锤传播的调压塔水力特性及其应用

安全可控的水锤压力是保障长距离有压输水工程稳定运行的必要条件,然而对于超长有压输水系统,还需要重点关注局部爆管等极端事故产生的超标水锤压强,其在全线蔓延导致整个输水系统瘫痪,可能引发次生危害。为解决极端水锤压力在整个输水系统传播的问题,首先提出一种阻断水锤传播的圆筒式溢流调压塔结构,通过将调压塔进水管竖直向上深入调压塔内部,形成圆筒式溢流调压塔,利用调压塔结构将进出水管道有效分割,以此阻断水锤的传播。随后通过模型试验和数值模拟方法分析了阻断式调压塔的水力特性,发现调压塔内流态均匀,溢流水体能在调压塔内充分消能后进入下游管线。最后将此调压塔应用于引绰济辽有压管线中,发现当管线出现局部爆管事故时,此调压塔能有效阻断负水锤的传播,避免水锤在全线蔓延,缩小事故影响范围。研究成果可为超长距离输水系统的水锤防护措施研究提供借鉴依据。