闸门开度对泄洪排沙隧洞水力特性影响研究

为揭示闸门开度对泄洪排沙隧洞水力特性的影响规律,建立了不同闸门开度下的排沙隧洞二维模型,采用VOF法和标准κ-ε紊流模型对泄洪排沙隧洞易磨蚀断面流场进行三维数值模拟计算,获得了闸门附近的流态、流速、压强等水力特性,并对比分析了不同闸门开度下的水力特性,得到了闸门处至挑坎之前的空化数。结果表明,当闸门小于1/2最大开度运行时,闸门开度越大,隧洞水流流态越平顺,临底流速过渡越平顺,且隧洞底板上下游压力差越小;闸门开度越小,有压洞内流速越小,容易造成泥沙淤积;闸门开度越大,对隧洞整体运行越有利。研究结果对水工隧洞闸门的运行开度优化及闸门底坎抗磨修复具有指导意义。

养护环境对混凝土限制收缩开裂影响研究

在高海拔极端环境下,混凝土浇筑和养护过程中易出现裂缝,影响结构的工程质量和安全运行。通过圆环法混凝土限制收缩开裂试验,研究了不同温度(-5、10、25、40℃)、湿度(50%、65%、80%)对混凝土早龄期受限收缩开裂的影响,揭示了早龄期混凝土开裂的机理。结果表明:早龄期混凝土的抗压强度和弹性模量随养护温度和湿度的提高而增大,抗压强度随龄期的增长比弹性模量随龄期的增长更加明显;养护温度的降低或养护湿度的增大会减轻混凝土的干燥收缩以及自收缩作用,从而减小混凝土的内部应力,提高其抗开裂能力;提出了混凝土早龄期限制收缩开裂的预测模型,可准确预测混凝土早龄期限制收缩开裂时间。研究成果为混凝土开裂控制技术提供了基础数据支撑。

运行工况对多沙河流水轮机导叶区磨损影响研究

多沙河流上具有调峰功能的水轮发电机组运行工况转换非常频繁,水轮机经常偏离最优工况运行,导致活动导叶磨损破坏严重。为揭示运行工况对水轮机活动导叶区域固液两相流动规律的影响,建立了黄河某多沙电站原型水轮机全流道三维水体模型,采用欧拉-欧拉两相流模型和RNG k-ε湍流模型对水轮机不同出力工况进行了固液两相流数值模拟计算,对不同运行工况下导叶区域的压力、流速、含沙量等进行了分析。结果表明:含沙水流会使导叶区域最小压力减小,从而增加空化发生机率;出力工况对导叶区固液两相流动影响较大,随着水轮机出力减小,导叶区最大流速反而增大,活动导叶迎水面与背水面的速度差也逐渐增大,小出力工况下,座环靠近鼻端位置高泥沙浓度区域扩散变大,活动导叶表面泥沙浓度由顶端至底部逐渐增加,活动导叶头部位置泥沙浓度最高。研究结果能够为预测多沙河流水轮机活动导叶易磨损位置和研究抗磨蚀对策提供技术支撑。

多沙河流水轮机活动导叶泥沙磨损数值模拟研究

多沙河流水电站水轮机活动导叶磨损严重,导致机组出现“潜动”现象,甚至危及机组安全运行。为了揭示小开度工况下导叶区域的流动特性以及磨损特性,建立了万家寨原型水轮机全流道三维水体模型,采用DPM模型和标准湍流模型对四种小开度工况进行了固液两相流数值模拟计算,结果表明:10%开度工况与40%开度工况相比,叶栅流道的流态变差,导叶区域的流速和压强变化梯度增大,导叶立面密封位置两侧压力差由48 k Pa增加到108 k Pa,立面密封处流速由18 m/s增加到24 m/s;在10%开度工况下,叶栅流道狭窄,含沙水流在活动导叶出口形成射流磨损,导致活动导叶迎水面的头部和出水边以及背水面立面密封位置处磨损严重,随着导叶开度增大,活动导叶表面的磨损程度以及磨损区域都逐渐减小。本研究对于多泥沙电站水轮机稳定运行以及活动导叶的磨损防护具有重要意义。