梭锥管内锥圈对水沙分离的影响

介绍一种新型水沙分离装置梭锥管混浊流体分离装置(简称梭锥管)的初步研究成果。梭锥管是一种新型的低耗水率、动态水力分离水沙两相流的装置。为了探明梭锥管内特有结构——锥圈对泥沙沉降速度的影响,针对结构尺寸相同的有锥圈和无锥圈的梭锥管进行浑水质量浓度分别为30 kg/m3,60 kg/m3,80 kg/m3的泥沙静水沉降试验。试验结果表明,与无锥圈梭锥管相比,泥沙在有锥圈梭锥管中沉降的速度较快,锥圈的存在改变了泥沙的沉降方向,缩短了沉降距离,增加了沉降面积,提高了泥沙的沉降速度。因此,为了提高泥沙的沉降速度,可以适当增加梭锥管内的锥圈数量以增强其水沙分离性能。

梭锥管混浊流体分离装置水沙分离影响因素优化试验研究

将梭锥管混浊流体分离装置(简称梭锥管)用于混水泥沙分离。采用均匀正交试验考察了锥圈间距、进流量、倾角以及底孔孔径对梭锥管的耗水率和表面负荷率的影响。通过PPR和极差分析得出:影响耗水率的各因素主次排列为底孔孔径、进流量、锥管偏角和锥圈间距;而影响表面负荷率的各因数主次排列为底孔孔径、进流量、锥圈间距和锥管倾角。考虑试验因素对耗水率和表面负荷率影响程度的影响及它们在分离中所起作用的大小,优化了装置参数,水平优化表明:当锥圈间距2 cm,进流量14.5 cm3/s,倾角60°和底孔孔径2mm时,耗水率最小,表面负荷率最大。

梭锥管混浊流体分离装置水沙分离试验研究

运用均匀正交设计法和投影寻踪回归分析法(PPR)对梭锥管混浊流体分离装置(简称梭锥管)进行了结构优化试验研究。根据前期研究结果,确定了锥圈间距、进流量、倾角、底孔孔径作为正交试验的4个主要影响因素,选择UL9(34)对梭锥管混浊流体分离装置进行了均匀正交试验,应用投影寻踪回归分析方法对试验结果进行了数据分析和计算机仿真优化。结果表明,与前期研究结果相比,梭锥管的水沙分离效果与其纵轴线与水平面的倾角大小有关,当倾角为60°时,水沙分离效果较好,浓缩率达到了1.73。进流量和锥圈间距相同的梭椎管,底孔越大,耗水率越大,表面负荷率随着底孔的增加逐渐减小,而锥圈间距对耗水率和表面负荷率影响很小。进流量不变时,浓缩率随着底孔孔径和锥圈间距的减小而增大。

梭锥管浑浊流体分离装置排泥方式优化试验研究

针对同一梭锥管浑浊流体分离装置分别采用孔口出流排泥和管道排泥两种不同的排泥方式,同时考虑梭锥管倾角不同对排泥耗水率、排泥水的浓缩率和"清水"的出水量及其含沙浓度的影响进行泥沙水动态沉降试验研究。试验结果表明:梭椎管的排泥耗水率、浓缩率和"清水"的出水量与排泥方式密切相关。梭锥管采用管道排泥浓度远高于孔口排泥浓度,排泥水浓缩率可达5倍以上,耗水率仅为10%左右,仅为孔口排泥耗水率的20%。梭椎管倾角对耗水率与浓缩率影响较小,倾角为60°时,耗水率最小,浓缩率最大。要保证较小耗水率和较大溢流量排泥方式是关键因素。

真空有压管道过流能力及压降研究

为研究真空有压管道安装高度及上下游水位差对管道过流能力和压降的影响,通过改变安装高度和水位差对真空有压管道进行试验,结果表明:安装高度和水位差对管道流量及压降影响很大,安装高度一定时,随着水位差增大,管道过流能力增强,压降增大,且安装高度越大,水位差的变化对管道流量的影响就越明显;水位差一定时,随着安装高度增大,管内掺气浓度增大、压降减小,过流能力减弱,而安装高度在小水位差时对管道流量影响较大。

真空有压管道内伪空化水流试验研究

为了研究真空有压管道内水流特性,采用不同安装高度及上下游水位差进行系列试验研究,量测出各工况下的管道过流流量、压强及压降大小,并对试验结果进行研究和分析。试验结果表明,管道水流在各工况下的最小压强大于水的饱和蒸汽压,空化数大于管道初生空化数,管道水流发生伪空化现象,根据气泡形状和分布把管道水流分为气泡流和气团流;当上下游水位差一定时,随着管道安装高度的增高,管道内水流流量逐渐减小;当安装高度一定时,上下游水位差增大,管道压降增加致使管道流量增大;在上下游水位差作用下,管道通过小流量时,管道安装高度对压降影响很小,当管道通过大流量时,管道断面压降随着安装高度增加逐渐增大;气泡存在增大了水流阻力,阻力随着管道流量的增大呈先增大后减小的规律。

锥圈及其位置对梭锥管水沙分离影响的试验研究

通过物理模型研究了梭锥管上下两锥管内泥沙沉降时间关系及锥圈的安装位置对泥沙沉降的影响。结果表明,锥圈的存在,缩短了沉降距离、阻碍了絮团间的絮凝,提供了泥沙下降通道和清水上升通道;在静水沉降中,随着沉降时间的推移,大量泥沙进入到下锥管,泥沙在下锥管中所用沉降时间占总沉降时间的70%多。下锥管为泥沙沉降的主要场所,下锥管中安装锥圈更有利于泥沙沉降。

不同鳃片间距下的分离鳃内部流场三维数值模拟

为研究鳃片间距对分离鳃的速度场及泥沙分布特性的影响,采用Fluent软件中的层流模型和欧拉模型,运用Phase Coupled SIMPLE(PC-SIMPLE)算法,对不同鳃片间距下分离鳃的水沙两相流流场进行了静水沉降的三维数值模拟。根据数值计算结果,对速度场和含沙量分布特性进行了对比与分析。结果表明:不同鳃片间距下,分离鳃内部的速度场分布规律有所不同,鳃片间距越大,速度流场受到来自泥沙通道中的泥沙流与清水通道中的清水流影响就越大;鳃片间距越小,分离鳃的沉淀效果越好。以泥沙平均速度和清水平均速度作为考核指标,同时考虑分离鳃内部的流场特性、水沙分离效果与制作分离鳃的成本,则最佳鳃片间距为5 cm。

正虹吸管道水力特性试验研究

通过室内正虹吸输水管道输水能力试验,观测分析了不同安装高度下管道内气液两相流流态。结果表明,安装高度越高,管道内水流汽化现象越严重,常规有压输水管流量公式已不适用于水流发生汽化后的正虹吸管道。综合考虑各因素对过流量的影响,结合量纲分析法与数值拟合法,对常规有压管流量系数进行了修正,获得适用于汽化现象较明显、长度在23.875m以内、安装高度不大于7.5m的非驼峰式虹吸管的输水流量公式,并通过试验检验了公式的有效性。

小石峡水电站溢洪道消能工优化试验

通过新疆维吾尔自治区库马拉克河小石峡水电站溢洪道水力学模型试验,对其原设计方案的消能工结构形式进行了优化。试验表明,消力池段在通过设计流量30年一遇洪水1 856.20m3/s时,池内不能形成完整水跃,水跃前后波动剧烈,水流大量溢出,原设计方案的边墙高度、池长均不能满足过流要求。提出采用减小消力池池深、设置分流趾墩-消力墩-低消能坎的综合式消力池代替原设计方案的常规消力池的修改方案,在设计流量下进行泄水试验,试验结果表明,在分流趾墩、消力墩、低消能坎的联合作用下,消力池内形成强迫水跃,流态明显改善,水跃长度减小,跃后水深降低,消能率提高。采用分流趾墩-消力墩-低消能坎的综合式消力池可有效缩短消力池池长,降低边墙高度,节省工程造价,试验结果可为优化工程设计及其他同类工程优化消力池提供参考。

新型异向流沉沙池泥沙沉降特性试验与机理分析

为了探明二级泥沙处理设施——新型异向流沉沙池的泥沙沉降特性及其沉沙机理,该研究开展了不同流量和不同含沙浓度的系列试验,并对泥沙运动过程进行了力学分析,建立并求解了新型异向流沉沙池双向倾斜薄板上泥沙运动的一阶非线性微分方程。研究结果表明,对于中值粒径为0.021 mm的细颗粒泥沙的含沙水流,长96 cm、宽10 cm、高110 cm的新型异向流沉沙池对流量为45~360 L/h的泥沙截除率为40%~88.53%,约为相同体积的底板倾斜和底板水平的条形沉沙池的1.2~2倍;单位时间沉降至集沙箱的泥沙量是底板倾斜条形沉沙池的1.3~2.3倍;不同时刻双向倾斜薄板上的泥沙运动速度和加速度均大于单向倾斜斜板,倾角为锐角时,角度越大,速度越大。工程设计时,若地形高差满足要求,双向倾斜薄板的倾角(<90°)越大越有利于提高沉降效率,若高差不满足,倾角应不小于泥沙休止角。研究结果可为新型异向流沉沙池结构优化及应用提供参考。

小石峡水电站表孔溢洪道模型试验研究

通过对新疆小石峡水电站表孔溢洪道的模型试验研究,优化了溢洪道进口段,改善了进口流态;提出在溢洪道消力池内布设趾墩—消力墩—尾坎的修改方案,试验结果表明,修改方案有效的改善了池内水流流态,同时缩短了池长、降低了池深,提高了消能效果,并且消力池内各项水力指标满足设计要求。试验成果对于工程设计具有借鉴意义。

梭锥管内锥圈水沙分离机理及锥圈设计参数

从梭锥管内特有的泥沙沉降特性出发,根据泥沙运动力学和沉淀理论,重点分析梭锥管内锥圈对泥沙沉降特性的影响。以絮团为研究对象,通过力学分析和数值分析给出了满足泥沙不淤积且以较大速度沿锥圈内表面下滑的锥圈倾角范围,并根据沉淀理论推导出锥圈的最佳倾角为45°。理论推导出锥圈长度和锥圈间距,研究这两个参数对泥沙沉降速度的影响,结果表明在相同的水沙条件下,梭锥管可使更多泥沙发生沉降,其沉降能力大于没有加锥圈的普通容器。泥沙沉降速度与锥圈长度和锥圈间距的比值有关,比值越大,泥沙沉降速度越大,设计时建议选择较大的比值。

虹吸管道坡度对气液两相流动特性影响的试验研究

为了探明坡度对中行管段倾斜布置的正虹吸管路水力特性的影响,设置11个不同坡度(0、±1/60、±1/30、±1/20、±1/15、±1/10)和2个安装高度(4、6 m)在不同水位差下量测了虹吸管内的气液两相流动现象、含气率、气泡的运动速度、过流能力及总水头损失等水力特性。通过试验得到了正坡和逆坡管路坡度变化对管路水气流动现象的影响规律,揭示了坡度改变对管内含气率和气泡运动速度、虹吸管路流量及管路水头损失的影响规律,并结合理论分析探讨了气体存在对流量和总水头损失的影响。结果表明,随着坡度逐渐增大,管内伪空化现象逐渐减弱,气体的体积逐渐减小,含气率逐渐减小,气泡运动速度逐渐加快,虹吸管路的输水流量逐渐增大,总水头损失也逐渐增大。通过量纲分析的方法,推导出适用于倾斜布置的不同坡度下正虹吸管路输水流量的计算公式;经验证,公式计算值与实测值相接近,逆坡管路中相对误差控制在±6%,正坡管路控制在±7%。以上探究结果为实际工程中管路布置形式提供了参考依据。

虹吸管气液两相流压降特性试验

通过系列试验量测了不同安装高度、不同水位差时虹吸管水平管段的压降、含气率及过流量,探讨和分析了虹吸管气液两相流压降的变化规律及气液两相流流型不同时影响管道压降的因素。结果表明,气液两相流管道压降与液相满流时压降规律相同,即压降值随管道水头的增大而增大;但是,与液相有压管流不同,水位差一定时压降值随安装高度的增大而减小。当虹吸管内为气泡流时,气泡存在对沿程阻力系数λ影响很小,可忽略不计。管道实测压降小于计算值的原因是气液两相压降减小率等于流速减小率。当虹吸管内为过渡流和气团流时,气液两相压降减小率与流速减小率相差较大,实测压降的减小不仅与流速减小有关,含气率的大小对气液两相压降的影响也不可忽略,含气率的增大使气液两相流动阻力增大,即压降增大。

Ⅱ型和H型立柱对排沙漏斗水沙分离性能的影响

为获取不同立柱体型对排沙漏斗水沙分离性能的影响规律,通过室内试验对不加设立柱、加设Ⅱ型和H型立柱支撑系统的排沙漏斗水沙分离性能进行研究。试验结果表明:无立柱时空气涡贯穿排沙底孔,涡径最大,清水区面积最大,漏斗室内的螺旋流强度最大;加设Ⅱ型立柱后空气涡产生偏移,涡径减小,清水区面积减小,漏斗室内的螺旋流强度减小;H型立柱下空气涡偏移距离最大,涡径最小,清水区面积最小,漏斗室内的螺旋流强度最小。相较于加设H型立柱,Ⅱ型立柱支撑系统下排沙漏斗的总截除率、泥沙排出率、漏斗室内淤积量、排沙耗水率与悬板下方不加设立柱时相近,为保证悬板安全及较高的截除率,可采用Ⅱ型立柱作为支撑体型。

虹吸管气液两相流过流能力影响因素分析

基于系列工况下虹吸管的过流量、压降和含气率的试验结果,分析了虹吸管内分别出现气泡流、过渡流和气团流时影响其过流能力的主要因素。结果表明,当虹吸管内为气泡流时,气体存在对流动沿程阻力系数的影响可忽略不计,不同安装高度时管道实际过流量小于计算值的原因是由于实际过水断面面积小于液相满流过水断面面积,面积减小率与流量减小率相等;当虹吸管内为气团流和过渡流时,过流断面面积减小率与流量减小率相差较大,实际过流能力减小不仅与面积减小有关,气体存在对虹吸管道沿程阻力系数的影响也不可忽略,且含气率的增大使气液两相流动阻力增大、沿程阻力系数增大、流量减小。

以能力培养为导向的水力学课程教学改革

文章针对水力学课程在课堂和实验教学中存在的问题,提出了水力学课程教学改革的背景与建设目标,介绍了水力学课程教学改革的内容和方法,对以职业能力培养为导向的水利类专业水力学课程教学改革与实践做了初步探讨和总结。

真空管道水力特性试验研究

通过对真空有压输水管道输水能力的试验研究,观测到不同安装高度下的气液两相流流型现象。量测了不同安装高度相应水位差下的流量的大小,并分析了流量的变化规律。通过观察,虹吸管内气液两相流流型随着安装高度的增加由气泡流转化为气团流。对比面积减小率与流量减小率得到:当管内为气泡流时,面积减小率与流量减小率相差不大;当管内为气团流时,面积减小率接近于流量减小率的一半。

KYD水库底孔泄洪洞平底渐扩式消力池优化试验

通过新疆青河县KYD水库底孔泄洪洞平底渐扩式消力池设计方案的试验,发现消力池池深、池长、边墙高远不能满足安全泄流要求。优化方案试验结果表明,对于渐扩角1.37°的渐扩式消力池按等宽度矩形消力池估算时池长基本满足要求,但是池深估算误差较大。联立溢洪道设计规范中的渐扩式消力池共轭水深计算公式和渐扩式消力池池深经验公式可较准确地计算池深。为了减小跃后水流剧烈脉动,降低跃后水深,采用了悬栅式消能工。试验结果表明,水跃淹没度增大,悬栅起到了破碎栅条上部水跃剧烈回旋运动引起的表面漩滚,消力池内水深降低,最大水深减小1.0 m,陡坡段和消力内水流脉动明显减弱,浪花溅起高度明显小于加悬栅前。