表孔弧形闸门流激振动原型观测研究

随着全球水资源的日益缺乏,我国的水资源问题亦日益突出。许多地方缺水严重,有效开展水资源的合理利用已成为缺水地区的首要任务。部分引水工程的弧形闸门需要进行小开度局部开启操作,以调节流量。本文根据某引水工程弧形闸门流激振动原型观测结果,从闸门结构的振动量、振动位移、动应力、结构动力特性等方面评价弧形闸门小开度运行振动特性及其安全性。其研究成果对其他水电工程的表孔弧形闸门的运行操作亦具有一定的指导意义。

多用途水工隧洞水力特性及运行方式研究

水利水电工程中的过水隧洞有导流洞、泄洪洞、放空洞以及发电引水洞等,它们各自具有一定的水流适用条件,对单一用途的水工隧洞,其洞内水流特性较容易把握。当由于技术、经济条件让一条隧洞具备多种用途时,隧洞将面临着不同运行阶段显著的水力差异性考验。结合某水利工程多用途水工隧洞水力模型试验,研究了集导流、泄洪、放空及发电引水等功能于一体的陡坡隧洞在不同运行阶段的相关水力特性。结果表明:当作为泄洪隧洞在正常工况下运用时,隧洞进口前和洞内流态均较正常,洞内最小压力满足水工隧洞设计规程要求;当作为导流隧洞和放空洞运用时,隧洞进口在一定水流条件下会形成吸气型立轴漩涡,并在洞内形成形态不断变化且不断溃灭的气囊,在较长的洞段及较大的流量区间内,洞内还会出现明满交替流以及发电支洞岔管引起的明流冲击波、水流折冲等不良流态,上述水流现象会引发洞壁的有害振动或空蚀破坏。通过试验优化,并结合隧洞末端工作闸门的合理调度,提出了多用途水工隧洞的安全运行方式。

浙江省曹娥江大闸水力特性试验研究

通过整体水工模型和断面水工模型试验以及二维数学模型计算分析,对曹娥江大闸的排涝能力、水流流态、流速分布、闸下消能、闸下局部冲刷、导流堤方案等几个水力学问题进行了系统研究,验证和优化了设计。

摩托车铝合金左盖压铸模关键参数的确定

摩托车铝合金左盖压铸件,壁厚比较均匀,外形尺寸较大。根据压铸件的形状、尺寸,以及浇注系统和脱模等要求,设计分型面。采用“中心展开浇道系统”,内浇道设置在压铸件较厚处,以利于压力传递、金属液的充填和补缩。溢流排气系统都设置在金属液直接冲击的地方或者死角区,以防止产生涡流,稳定流态,有利于废气和冷污金属液排出。推杆均匀地分布在铸件各部位较厚处,使铸件各部位所受推力均衡,避免铸件变形。

隧洞明满流边界下滇中引水工程闸门过流特性

传统的水闸流量关系是在上游明流条件下试验得到的,但关于上游明流向有压流过渡的非恒定流状态时,流量关系的规律及计算方法缺乏探索,而这一规律对于中国在建的大量长距离输水隧洞出口闸门的调控十分关键。该研究通过三维数值模拟,建立实际的渠隧系统三维流体力学模型,探究明满流上游边界下闸门过流特性,并尝试探索在非恒定流工况下适配的过闸流量计算数学模型。结果表明:1)事故调度闸门突然关闭时,上游隧洞内出现无压-有压过渡流态,最大压力水头约为33 m,该研究提出一种改进的无量纲公式计算流量,即在闸前总水头中考虑上游隧洞内压力水头;2)无量纲公式相较于传统公式平均率定误差降低4个百分点,提出的无压-有压流态流量计算统一率定模型最大相对误差为4.68%,精度较高。该研究所提出的流量计算方法对长距离渠隧系统调度具有参考价值,也可为实际工程的管理提供可靠技术支撑,对于工程的安全稳定运行及灌区的正常输配水具有重要意义。

基于Fluent的灌区明渠平板闸门三维流场数值模拟

为确定水位传感器的安放位置对平板闸门的三维流场进行数值模拟,采用了包含VOF模型的k-ε方程,利用Fluent软件模拟了在不同条件下的三维流场,得到了水位、流速、压力的分布规律。计算结果表明:在闸前0.5~1.5 m及闸后2.5~4.5 m区域内水位、流速和压力均相对稳定。研究结果为合理确定灌区明渠平板闸门计量用水位传感器的位置,提高水位监测精度,提供了理论依据。

基于浸没边界—格子Boltzmann方法的带自由液面的水力学问题模拟

为了高效、准确地通过数值方法研究涉及自由液面的流固耦合问题,将单相自由液面格子Boltzmann方法与浸没边界法相结合,提出可计算水流的液面波动及其与刚体相互作用的耦合模型,该耦合模型通过对耦合作用力的迭代,可确保浸没边界的无滑移条件的实现,并可提高耦合模型计算的稳定性和准确性。进而通过该耦合模型模拟和分析了宽顶堰溢流和自由拍门过流两种常见的水力学问题,验证了该模型的可行性和正确性。

基于明满流瞬变计算方法的大型灌区输水隧洞最优泄水流量计算

为了明确输水隧洞内的明满流水力瞬变过程以及优化泄水闸的泄水流量,介绍了圆形输水隧洞中明满交替水流水力瞬变计算原理和方法。以某大型灌区干渠工程为例,根据窄缝法计算原理,采用显式差分中的扩散法,对圆形输水隧洞中的明满交替水流进行了水力瞬变计算研究。给出了圆形隧洞瞬变流计算的水力要素计算公式,得到了输水流量变化时隧洞不同断面的水深或压力随时间的变化曲线。结果表明:当圆形隧洞水位封顶时,隧洞中的水压力越靠近下游断面,压力突升越剧烈;明流状态下节制闸关闭时间对隧洞内最大水深影响较小,隧洞内的最大水深随着泄水闸泄水流量的增加呈线性减小的趋势,根据数值模拟计算给出了泄水闸合理的设计泄水流量。研究成果可为输水隧洞工程的设计提供借鉴和参考。

多沙河流闸门过流面抗冲磨防护环氧砂浆的研制及性能研究

研制一种适用于多沙河流闸门过流面抗冲耐磨防护的环氧砂浆,通过环氧树脂体系的工作性能初选配方,选用正交试验研究不同因素对环氧砂浆抗压强度和抗折强度影响的显著性,分析胶砂比和水泥掺量对砂浆力学性能的影响,通过核磁共振技术研究不同配比环氧砂浆内部孔径大小和分布情况,并通过高速水下钢球冲磨机测试不同配比环氧砂浆抵抗推移质冲磨的性能。结果表明:胶砂比对环氧砂浆的抗压强度和抗折强度影响显著,随着胶砂比的增加,环氧砂浆的抗压强度和抗折强度先快速增加后有一定程度的回落,当石英砂∶水泥∶环氧树脂为5∶1∶3时,环氧砂浆流动性好,养护7 d后内部孔隙分布均匀,抗压强度为119.0 MPa,抗折强度为42.24 MPa,216 h高速水下钢球法冲磨厚度损失为0.063 mm。结合数据分析,高强高韧环氧砂浆粘结强度高、施工难度小、抗冲磨效果较好,适用于闸门过流面防护。

基于表面网格与流长搜索的浇口位置优化设计

注射成型的浇口位置对获得高质量的注塑零件至关重要。为了提高浇口位置搜索的效率,提出了一种基于流动路径长度搜索的计算方法。该方法利用表面网格数据结合Dijkstra算法计算熔体在型腔内的流动路径,通过缩短浇口到最远边界点的流动路径的长度,减小目标函数,从而达到了模具型腔内充填平衡的目的。分别使用压力梯度搜索法和流长搜索法对2个研究算例进行分析。结果表明,与压力梯度搜索法和穷举法相比,使用流长搜索法对流动路径长度的极差进行优化的运算速度提升了77.3%以上。使用提出的方法充分利用了注塑模具的表面网格数据,有效地提高了浇口位置的搜索效率。

基于Realizable k-epsilon模型的水闸下游水流数值模拟

水闸是渠道或河道工程中十分重要的水工建筑物,因此水闸流的模拟也具有重要的现实意义。为提高水闸流的模拟精确度,引入较为先进的Realizable k-epsilon模型,并采用该模型对河道水闸下游水流进行了数值模拟。将模拟结果与试验数据和标准k-epsilon模型结果进行比较。结果表明,标准和Realizable k-epsilon模型均可较为准确地预测水闸流的自由水面与流速分布,但基于Realizable k-epsilon模型的模拟结果更为精确,证明了该方法的适用性及合理性,为提高水闸流的计算精度提供了参考。

水力自动浮移式闸门水流特性研究

通过水力自动浮移式闸门的模型试验,测量闸门在不同来水流量下的闸门开度、闸门上下游水位,绘制来水流量和闸门开度的关系曲线以及水面线,分析过闸水流流态,研究水力自动浮移式闸门的水流特性。经试验分析得出:闸门开度和来水流量呈正相关关系;闸门在较小流量下运行时,上游流态较平稳,下游流态较紊乱;随着流量的增大,闸门上下游水流均出现局部水位雍高现象。

岸边导流底孔水力特性模型试验研究

基于老挝南俄4水电站的岸边导流底孔,采用1∶45的水工模型对进口立轴旋涡、洞身明满流交替、动水压力等水力特性进行了11个库水位下的系列研究。结果表明:进口闸门井顶部不加盖泄流能力相对加盖降低6%以上,闸门井需加盖封堵;局部水位区间的立轴旋涡会减小底孔10.97%的设计泄流能力,底孔整体泄流能力满足要求;相比进水口无涡时,脉动压力均方根增大约2~3倍,但不会引起泄洪振动等导流建筑安全问题,工程的实际运行效果与模型试验吻合。我国现有标准下的导流设计能满足国外工程的导流安全需求,可为国外工程类似导流设计与运行提供借鉴。

标准城门洞形隧洞水面线的直接计算方法

目前明渠水面线计算中各常规方法普遍存在过程繁琐、应用不便的问题,从明渠渐变流基本微分方程出发,研究简便直接的计算方法是可行必要的。根据标准城门洞形断面的几何特征,推导出断面不同水深的水力参数计算式。通过无量纲化处理和优化拟合理论,将渐变流基本方程转化为通用函数积分表达式,得到了直接计算标准城门形隧洞水面线的积分公式。通过算例比较分析,直接计算方法计算方便,其与分段试算法的最大误差小于0.64%,计算精度完全满足工程应用需要。

金沙水电站泄洪消能设计研究

金沙水电站具有大流量、低水头、高淹没度的特点。为了尽量使泄洪水流与下游平顺衔接,减少对枢纽其他建筑物的影响,便于调度运行管理,工程采用表孔泄洪、底流消能型式。结合导流建筑物的布置,泄洪消能建筑物被纵向围堰分成两区布置。表孔闸墩末端设置宽尾墩,可将泄洪水跃推出闸室。设计方案经水工模型试验验证,能较好地满足金沙水电站泄洪消能要求。

软基上的水力自控翻板闸门溢流坝设计

碧莲水电站拦水坝系建在软基上的水力自控翻板闸门溢流坝,此坝型可有效地减少上游的洪水淹没损失及水库泥沙淤积;同时,采用地下混凝土连续墙进行地基防渗处理及面流消能,节省了工程投资。该工程的设计对其他建固定坝淹没损失过大或在软基上建造的低重力式堰坝的类似工程具有参考价值。

湖南沅水桃源水电站泄洪闸弧门增设舌瓣门研究

介绍了湖南沅水桃源水电站特殊的布局型式和面临的环境保护难题,通过对增设舌瓣门的研究,运用小流量泄水的方式安全有效地解决了左河槽库区表层水的流动问题,避免了死水氧化对生态环境的破坏,具有明显的经济效益和社会效益。