固废底泥水下应用抗分散性能研究

为了实现固废底泥在水下应用时不发生分散,通过开展水下抗分散试验和黏度试验,研究了影响底泥水下抗分散性的因素,提出了使用底泥黏度来量化其水下抗分散性的方法。研究结果表明:黏度是影响固化底泥水下抗分散性的内在因素,注浆高度是影响固化底泥水下抗分散性的外在因素,黏度越大,注浆高度越小,则抗分散性能越强。羟丙基甲基纤维素的增黏效果优于瓜尔豆胶和聚丙烯酰胺,更适用于固化底泥的水下应用,pH值法和透光度法可用于表征固化底泥的水下抗分散性能。底泥黏度小于3.7 Pa·s时,水下注浆易发生下落扩散和触底碰撞扩散;底泥黏度介于3.7~22.0 Pa·s时,水下注浆只发生轻微触底碰撞扩散;底泥黏度大于22.0 Pa·s时,水下注浆不易发生扩散。固化底泥在水下应用时,推荐其黏度为3.7~22.0 Pa·s、注浆高度在30 cm以内。

潮流能水平轴水轮机湍流模型研究初探

借助计算流体力学(CFD)方法研究潮流能水平轴水轮机水动力学性能,选择合适的湍流模型至关重要。为此,本文采用计算流体力学软件Fluent,将Spalart-Allmaras湍流模型、标准k-ε湍流模型、RNGk-ε湍流模型、标准k-ω湍流模型和SSTk-ω湍流模型分别应用到水平轴水轮机数值模拟当中。对数值模拟结果进行分析比较,并与模型试验数据进行对比,得出应用SSTk-ω湍流模型可以更好的模拟潮流能水平轴水轮机的水动力学性能。

潮流能水平轴水轮机空化数值模拟

以50 k W潮流能水平轴水轮机为例进行叶片设计,采用计算流体力学软件Fluent分别模拟全湿流模型和空化流模型的水轮机水动力学性能,数值模拟结果表明水轮机运行过程中存在空化现象,空化首先发生在背流面叶片尖端,由叶片尖端向叶片中部发展,空化的发生可降低水轮机的功率系数和扭矩系数,增大水轮机的轴向力系数,工程上应采取相应的措施。

潮流能水平轴水轮机叶片优化研究

叶片对潮流能水轮机的性能有很大的影响,因此对叶片进行优化研究对于提高潮流能水轮机的效率的重大意义。本文对50kW潮流能水平轴水轮机进行了叶片设计,针对水轮机具体的运行环境,以提高水轮机获能为目标,应用遗传算法对叶片弦长和扭角进行了优化设计。通过对比实际工况下水轮机的获能特性得知,优化的叶片获能系数和获能功率较原叶片有所提高,从而证明应用遗传算法进行叶片优化的可行性,为水轮机叶片优化提供了新的方法。

动水关闭的平面事故闸门体型优化试验研究

在已建水利水电工程中,利用自重、配重与水柱压力动水关闭的平面事故闸门,时常会出现无法完全闭门的现象,严重威胁水电站的正常运行及上下游安全。为探究其产生原因并找到有效的解决措施,该文针对进水口平面事故闸门出现的类似问题,采取水力学模型试验的方法,通过门体水柱压力试验以及不同体型闸门的闭门持住力对比,并结合闸门水动力荷载特性进行分析,明确事故闸门在动水中无法完全关闭是由工程摩擦系数(0.209)过大所致;基于伯努利原理,从增加水柱压力的角度出发,采取在平面闸门迎流面底部增设前缘板块,并对其下表面端部进行加厚处理的优化方案,在模型试验中,达到了增大闸门闭门持住力、促进闸门顺利关闭的效果,表明了该方案对解决已建工程平面事故闸门在动水关闭过程中无法下落问题的有效性。

温差能驱动的垂直升降水下监测平台相变过程数值模拟

应用Fluent软件基于焓-孔隙率法模拟和求解垂直升降水下监测平台的相变过程。采用体积比为9∶1的正十六烷和石墨复合相变材料,以提高相变材料的导热系数。对不同结构的相变换热器进行数值分析,研究不同结构和海水温度对相变过程的影响。结果表明:在相变材料体积和圆筒形相变换热器内径相同的前提下,较小外径的圆筒形相变换热器具有更好的相变性能;较低的海水温度非常有利于凝固过程的进行;由于液相自然对流换热的存在,相同情况下熔解速率远大于凝固速率。

巴塘水电站导流洞平面闸门流激振动试验研究

针对巴塘水电站导流洞动水闭门过程中门体出现振动的问题,根据水弹性和重力相似准则建立比尺为1∶25的物理模型。通过模型试验,对平面闸门在闭门阶段的振动加速度、持住力以及门体应变等参量进行试验测定。试验结果表明:闸门在局开挡水时,水平向最大单倍位移幅值为91.974μm,振动危害较小;结构最大Mises应力值为11.32 MPa,闸门整体应力满足强度要求,平面闸门安全可靠。通过ANSYS Workbench平台对闸门进行模态分析。结果表明:干模态基频为40.05 Hz,湿模态基频为35.40 Hz,闸门挡水时脉动主频在10 Hz以内,与湿模态第1阶频率相差较大,闸门产生共振的可能性较低。本文采取的水弹性模型试验技术能够较好地反映平面闸门的动力特性,能够较为准确地预测和分析闸门的流激振动响应特性,可为类似工程的结构优化设计及运行安全监测提供参考。

弱爬振现象对平板闸门振动的影响研究

本文基于巴塘水电站几何比尺为1:25的闸门水弹性模型,为研究闸门在动水闭门过程中可能出现的弱爬振现象,改变其上游水位使闸门产生微弱爬振,分析平面闸门下落过程中发生爬振前后门体不同部位局部应力、整体加速度和位移的变化,研究闸门微弱爬行振动特性。研究结果表明:(1)弱爬振不改变闸门原有的整体振动类型;弱爬振时闸门垂向振动加速度能量增加了2.6倍。(2)闸门垂向振动位移在弱爬振时约为无爬振的11倍,其均方差幅值已超出标准,属于严重振动,可能会对闸门及其连接结构产生不利影响。(3)弱爬振情况下,受影响最大的是吊耳正下方测点15#,闸门在高水头运行时有可能发生吊耳撕裂;应力主频增大约10倍,门体在微弱爬振的影响下,闸门局部受迫振动转变为周期性振动。因此,应该对闸门主纵梁上侧及吊耳等受爬振影响较大的部位进行加固强化,避免发生破坏。

海流能水平轴水轮机水动力性能研究

运用简化风车理论,对海流能水平轴水轮机进行叶片设计。应用计算流体力学软件Fluent对水轮机进行水动力性能数值模拟,分析叶片表面压力分布、流场速度分布和获能特性。在浪流水槽中进行模型试验,将计算结果与试验结果进行对比。研究结果表明:桨距角、尖速比和负载对水轮机的水动力性能有影响,工程上应采取相应措施。

海底边界效应对海流发电水轮机水动力性能影响研究

对30 W海流能水平轴水轮机进行叶片设计,应用FLUENT软件对水轮机的水动力性能进行数值模拟,研究了边界效应对叶片表面压力、流场、湍流强度、获能和轴向力的影响。受海底边界效应影响,海流速度沿深度呈现梯度变化,底层流速较小,中上层流速较大。边界效应导致水轮机的水动力性能呈现周期性变化,降低了水轮机的获能和轴向力。机组布置时,宜选择水流稳定且流速较大的中上层区域。

滑动挡板堤式波浪发电装置水动力特性研究

针对滑动挡板斜坡堤式波浪发电装置,通过模型试验和数值模拟,研究斜坡比对装置越浪量的影响以及水深、滑动挡板顶高程、泄流通道直径等对泄流通道内流速和能量转换的影响。研究结果表明,相同水深条件下,斜坡堤的最优斜坡比为2.0。相同水深和斜坡比时,泄流通道内流速随滑动挡板顶高程的增大而减小。通过调整滑动挡板顶高程与水位的关系及优化流道内径,该发电装置在试验中的稳定获能系数可达到约8.0%。

海流能水平轴水轮机尾流场流速研究

运用简化风车理论，对海流能水平轴水轮机叶片进行设计，在浪流水槽中进行水轮机模型试验，应用计算流体力学软件Fluent对水轮机进行数值模拟，研究水流流速、尖速比、桨距角和叶片尺寸对尾流场流速的影响。研究结果表明，尾流截面轴心处流速比边缘流速小，横向机组间最佳轴间距为2D。水轮机下游8D范围内为急速增大区，纵向机组间最佳纵间距为8D。水流流速越大、尖速比越小、叶片尺寸越小对下游机组布置越有利，桨距角对尾流场流速恢复影响不明显。

滑动挡板式越浪发电装置结构受力研究

研究在正向规则波入射下不同斜坡高度及不同水深情况时越浪式波浪发电装置的受力规律。在波浪水槽中进行模型试验;使用FLOW-3D软件进行数值模拟,通过对不同波高、不同波浪周期、极端工况进行数值模拟,得出不同波浪要素下斜坡的受力规律。通过对试验结果和模拟结果的对比分析得出:越浪斜坡在波浪入射过程中受力有先后顺序;斜坡在波浪作用下的周期受力数值在一定范围内波动;斜坡在波浪作用下波浪要素条件不变时,斜坡受力与斜坡高度、试验水深有关,呈线性关系。试验结果对滑动挡板式越浪发电装置结构的设计提供依据。

深水水库下泄低温水治理挡水幕布受力研究

挡水幕布是一种提高深水水库下泄低温水温度的结构,其受力研究对工程实施具有至关重要的作用。根据深水水库地形和总体布置,建立挡水幕布数值计算模型,应用FLUENT软件对流场、温度场及幕布受力进行数值模拟,并与模型试验进行对比。研究结果表明:挡水幕布实施后可提高下泄水温,流量越大,流态越不稳定,且幕布背流面负压区偏向电站一侧。距离电站越远、流量越大、过水高度越小,则幕布受力越大,水位变化对幕布受力影响不大,洪水时下放幕布是一种有效减小受力的方法。