基于改进溶质吸力方程的含盐土毛细水迁移规律研究

在特殊土地区,毛细水和盐的共同作用极易导致冻胀、盐胀等路基病害。含盐量较高的土壤中,溶质吸力作为重要驱动因素影响毛细水上升。在分析现有溶质吸力计算不足的基础上,提出适用于含有单价离子电解质溶液的溶质吸力系数确定方法,并验证其精度和适用性;基于毛细孔径分布模型理论,提出能体现盐分作用的毛细最大上升高度预测方法并验证其适宜性。研究结果表明,针对含NaCl和Na_(2)SO_(4)土壤的溶质吸力计算公式相较于经典公式具有更高的准确性,NaCl和Na_(2)SO_(4)的存在对基质吸力会产生影响,吸力曲线随着盐含量的增加有增大的趋势,其对溶质吸力的影响更大;该预测方法能够较好体现盐分在毛细上升高度的贡献。

高海拔地区抽水蓄能电站吸出高度计算公式的修正方法

高海拔地区与低海拔地区在环境特点上存在很大差异,主要表现在河流泥沙含量高、宇宙射线电离强度高、大气压力低等方面。这些环境特点会对水泵水轮机的空化性能产生一定影响,因此需修正电站吸出高度的计算公式,否则有可能会造成较为严重的水泵水轮机空化空蚀问题。为此,基于现有的吸出高度计算公式,分别对其大气压力水头项、水的空化压力水头项和水泵水轮机空化系数项进行修正,得到了针对高海拔环境特性的抽水蓄能电站吸出高度计算公式。利用修正公式计算得到的吸出高度与数值模拟得到的无空化吸出高度的偏差相较于现有的吸出高度公式明显降低,且利用修正公式计算得到的吸出高度能保证电站不发生空化。

深水海上风机吸力桶导管架基础承载特性

针对海洋深水环境,设计适应70 m水深的四桶导管架结构形式,并在此基础上设计相同高度和主腿斜度的三桶导管架基础。采用Abaqus有限元软件建立导管架结构-吸力桶-土体整体有限元模型,通过对比分析探究海上风电深水吸力桶导管架基础的承载力特性。研究发现:吸力桶与土体的位移一致性程度可反映基础水平极限承载力大小,四桶导管架基础的综合承载特性优于三桶导管架基础;加载高度对四桶导管架基础的水平承载特性有重要影响,基础水平承载力随着加载高度增加逐渐减小;加载方向对四桶导管架基础水平承载力影响较小。

考虑暴露高度和波流条件的筒基冲刷试验研究

针对吸力式筒型基础负压沉贯过程中到位率低、筒顶暴露突出海床,基础易出现局部冲刷的问题,开展大断面波流水槽局部冲刷试验,研究不同暴露高度和波流条件下筒型基础的局部冲刷发展过程、最终冲刷形态及深度、冲刷平衡时间等特征规律.研究结果表明,纯流条件下,筒基周围冲淤沿来流方向对称分布,前后冲刷坑不贯通,最大冲刷深度往往出现在筒前.当暴露高度与筒径的比值为0.1,流速为0.3 m/s时,最大冲刷深度可达基础埋深的1/3.波流耦合作用时,掀砂能力增强,筒基周围出现砂纹地形,冲淤仍对称分布,最大冲刷坑深度达到冲淤平衡后会出现规律性波动.最大冲刷深度和极限冲刷平衡时间随着筒型基础暴露高度的增大而增加,提出考虑暴露高度的筒基极限冲刷平衡时间计算公式.

气吸振动盘式精密播种机吸种高度控制与加种装置

气吸振动盘式精密播种机工作过程中,种子盘中的种子不断减少,吸种高度也相应减小。通过试验,结合水稻芽种物理特性,得出了种子量变化规律;提出吸种高度的控制方法,确定定量加种装置的加种量和加种周期,并进行播种试验。试验结果表明,吸种高度控制方法和定量加种控制方式使种子盘内种层厚度保持在8~18 mm,吸种盘吸种率达到94%,能够满足播种机的精密播种要求。

洗砂柱一维毛细吸渗过程数值模拟和试验研究

砂类材料中较大的孔隙特征决定了其内部的水分传递方式。通过Micro-CT断层扫描确定了砂的分形维数和孔隙率,根据饱和导水率和介质的孔径参数获得了Brooks-Corey模型的拟合关系,利用数值方法对垂直一维砂柱的吸渗过程进行了模拟计算,求出了毛细上升过程中的湿度分布和高度与时间的关系。在室内搭建毛细高度测定试验台,以4种粒径范围的筛分洗砂为研究对象,记录了砂中不同时刻的水分上升高度。结果表明:结合砂的扫描结构参数、进气值倒数和孔径分布指数,可较为准确地模拟砂中毛细水的吸渗过程,使得预测砂类路基材料中毛细水的运移过程具有可行性。

箱涵式进水泵站喇叭口悬空高度的试验研究

对箱涵式进水泵站喇叭口设计了5种不同悬空高度,分析了不同佛劳德数下喇叭口悬空高度对泵装置特性的影响,观测了不同喇叭口悬空高度下的进水流态;为消除喇叭口下的附底旋涡,试验中还设计了导水锥、隔涡板等消涡方案.研究结果得出了箱涵式进水泵站的喇叭口悬空高度合理的取值范围hp=(0.45～0.60)D0和可行的消涡措施,对泵站工程的优化设计及安全、高效运行具有重要的工程应用价值.

不同吸出高度对溪洛渡电站机组稳定性指标的影响分析

水轮机吸出高度是一个综合的技术经济指标,它不仅是确定水轮机安装高度的重要参数,也影响水轮机的汽蚀性及安全稳定运行。在四组不同吸出高度下,通过现场真机测试,一方面验证了溪洛渡电站机组吸出高度设计的合理性,另一方面找出了不同吸出高度对真机稳定性指标的影响规律。试验结果表明,在低负荷区,机组摆度、振动幅值随吸出高度增加逐渐减小;在高负荷区,吸出高度对机组摆度、振动幅值的影响不明显;不同吸出高度对机组稳定性指标的频率成分无影响。研究成果有助于理解不同吸出高度对大型混流机组稳定性指标的影响。

泵站进水池悬空高度水力特性数值模拟

鉴于水泵吸水管进口的悬空高度对水泵的进水流态和工作效率的影响,运用三维紊流模拟技术建立了雷诺时均N-S方程和连续性方程,将流速均匀度和水泵流量作为水泵性能评估的目标函数,采用基于标准κ-ε模型和水、气两相流VOF方法,对水泵进水池的不同悬空高度进行了模拟,分析了不同悬空高度下进水池的流动特性,揭示了进水池水流流动的水力性能差异。

基于毛细现象的栽培装置供水试验

运用毛细现象原理进行了基于懒人养植的自动供水栽培装置的供水方式试验.试验中利用家庭较为常见的吸水材料作为毛细介质,测出不同毛细介质的吸水能力及吸水高度,给出吸管顶部距离栽培装置盛水盆的高度参考值,得出栽培装置高度的最大值,该值符合家庭中自动供水栽培装置对高度的要求.这种供水方法制作简单,成本较低,可以达到良好的供水效果,具有一定的推广价值.

含沙河流水电站水轮机吸出高度的试验研究

水轮机吸出高度是水电站设计时必须确定的一个重要参数。迄今为止，国内外都是在以清水为介质的水轮机模型试验中确定空化数，然后按容许的空蚀计算吸出高度，但在我国众多的含沙河流中则不适用。为了探讨这个新课题，我们进行了不同含沙量的吸出高度试验，试验是在黄河上盐锅峡水电站旁新建的试验装置上进行的，试验结果表明：在各种含沙量及吸出高度时均有失重最大值，这为我国含沙河流确定吸出高度和安装高程提供了新的参考依据。

常压等离子体处理对毛织物湿润性能的影响

采用过氧化氢与常压等离子体2种方法对羊毛织物进行处理,对改性前后羊毛织物的亲水时间和芯吸高度进行研究,分析了输出功率、气体流速、处理时间及气隙间距对毛织物表面润湿性能的影响。实验结果表明:对毛织物进行常压等离子体处理,可以增强毛织物的亲水性能和芯吸高度,能够明显提升毛织物的润湿性能。毛织物常压等离子体处理对毛织物润湿性能影响的最优工艺条件:输出功率为55～80 W、气体流速为1.5～2.5 L/min、处理时间为60～80 s及气隙间距为1～2 mm。

桶形基础负压沉贯过程中的比尺效应试验研究

通过对7个不同材料及大小的模型桶基在粉土中的负压沉贯实验过程中的沉贯速度、沉贯负压、桶内表层土中产生的渗流梯度和桶内土塞率的大小的比较,揭示了比尺不同的桶基对贯入过程的影响,为桶基设计和施工提供依据。

箱涵式进水流道水泵喇叭口悬空高度试验研究

悬空高度是箱涵式进水流道泵站设计中重要的设计参数之一。通过建立泵站水力模型，对箱涵式进水流道水泵喇叭口设计了5种不同的悬空高度，观测了不同喇叭口悬空高度下的进水流态和实测了不同悬空高度下的泵装置性能曲线。研究结果得出了箱涵式进水流道水泵喇叭口悬空高度P取（0.55-0.6）D较适宜，水流从喇叭口四周环向进水，进水均匀、平顺，水泵运行装置效率相对较高。

硬壳层非饱和软基路堤的填土高度研究

硬壳层在软土路堤工程中具有很好的承载传递特性,应充分发挥其有利作用以优化路堤填土高度设计与施工管理.考虑硬壳层的应力扩散作用和自重反压护道作用,基于非饱和土平面应变抗剪强度统一解与吸力角双曲线模型,推导了实际地应力状态下硬壳层非饱和软土地基的临塑/临界载荷计算公式,进而建立了路堤临塑/临界填土高度的解析解,并给出解析公式的适用条件与应用步骤,最后探讨了各因素对路堤临界填土高度的影响规律.所得解析公式能综合反映4种因素的影响,具有很好的可比性,且对比验证了解析公式的正确性及给定公式适用条件的必要性与合理性.研究结果表明:硬壳层的影响具有整体性,应同时考虑其厚度和弹性模量的变化,可忽略路堤等效宽度的影响;侧压力系数的影响明显,侧压力系数为1.0对应的路堤填土高度明显偏大,应原位测试确定地基土的真实侧压力系数;采用不同强度准则的计算结果差异显著,应充分考虑中间主应力对公式适用范围及路堤填土高度的影响;高、低基质吸力的影响特性不同,低吸力时路堤填土高度线性增加且与截距无关,高吸力时路堤填土高度受双重作用相对大小的控制,或先逐渐减小后缓慢增大、或逐渐增大,并与截距密切相关.

分层土中裙式吸力基础吸力沉贯特性模型试验研究

针对一种新型海上风电基础形式-裙式吸力基础,开展模型试验,研究其在分层土地基中的沉贯特性。讨论了土层分布形式(砂土、黏性土、上层砂土及下层黏性土(简称上砂下黏)、上层黏性土及下层砂土(简称上黏下砂))、沉贯方式的影响。研究表明:裙式吸力基础在分层土中具有良好的沉贯性能。与传统吸力基础相比,裙式吸力基础在砂土、黏性土、上砂下黏和上黏下砂地基中最终沉贯深度较传统吸力基础分别增加10.0%、2.3%、3.0%和9.6%,沉贯最大吸力值分别增加0.9%、14.4%、66.2%和92.2%。黏性土层位置和厚度对基础沉贯特性影响显著。上黏下砂地层中,基础最大吸力值出现在土层分界面处,最大吸力值随土层分布系数t(上层土厚度与土体总厚度的比值)的增加而逐渐增大,最终沉贯深度随土层分布系数增加而逐渐减小。上砂下黏地层中,裙式吸力基础最大吸力值出现在最大沉贯深度处,吸力最大值随土层分布系数的增加而逐渐减小,最终沉贯深度受土层分布系数影响较小。此外,同时抽吸主桶和裙结构内水体进行沉贯,最终沉贯深度大于只抽主桶情况。在砂土、黏性土、上黏下砂(t=0.4)和上砂下黏(t=0.4)等4种地基中,裙式吸力基础采用同时抽主桶和裙结构的沉贯方式,最终沉贯深度较只抽主桶情况分别增大了13.8%、3.4%、16.4%和4.6%。研究成果为进一步阐明吸力基础在分层土中沉贯机制及指导工程实践,具有借鉴意义。

关于气蚀现象产生因素和避免方法的讨论

气蚀的危害极大,发生气蚀的原因很多,本文通过工程实例对气蚀产生的原因作了系统的分析,并总结出通过有效的手段并加以结合,可以避免产生气蚀。

对MiLLer和Beskow冻土理论的研究

对MiLLer的抽吸理论和Beskow的毛细理论的概要进行研究,提出土冻结过程分区解释的思路,以求清晰诠释MiLLer的抽吸理论;建立毛细吸力势和有效毛细上升高度,分析Beskow理论水分向冻结面迁移特征。研讨二者的异同之处,并提出见解。

基于Cordon法的水轮机抗空蚀研究

水轮机空蚀与运行工况密切联系,其影响因素较多。为此针对国内某电站,采用cordon法预估电站空蚀破坏,并与电站实际空蚀破坏比较,进而分解cordon法,从水轮机转轮材料、吸出高度以及负荷利用系数等三方面,分析诱发水轮机空蚀的关键因素,提出相应抗空蚀措施,总结水轮机空蚀研究思路,为水电站设计、安全经济运行及技术改造提供具有实用价值的借鉴意见。

亚声速条件下外形参数对逆流矢量喷管性能影响的模拟研究

为逆流矢量喷管几何构型选取提供理论依据,采用数值模拟方法研究了零攻角亚音速条件下抽吸角、横向高度及垂直段高度等外套管外形参数对逆流推力矢量喷管内部流动结构及矢量性能的影响,得到了推力矢量角、合成推力系数、二次流流量比等随外形参数的变化规律。研究结果表明:抽吸角及外套管垂直段高度对逆流矢量喷管的推力矢量角变化均无大的影响,且抽吸角及外套管垂直段高度分别变化时,两者的最大矢量角和最小矢量角的角度差均不超过0.35°,合成推力系数均随两者增大而减小,抽吸角变化时合成推力系数在0.778左右,其变化值不超过0.001,垂直段高度变化时合成推力系数范围为0.77~0.84,而流量比受抽吸角及垂直段高度变化的影响均微小;横向高度较小时,主流易发生附体,随其增大,推力矢量角增加,最大值达7°,而合成推力系数随之减小,范围为0.75~0.87,抽吸二次流流向由同向转变为逆向,流量增大,最大流量比为2%;推力矢量喷管的整体性能较无外流时明显下降。