基于水气两相模拟的薄水舌、大落差水力特性分析及结构影响分析

对高拱坝深孔小开度泄流时,薄水舌、大落差条件下的水力特性及对水垫塘底板结构影响进行分析。通过水力学规范公式、刘培清等人总结的经验公式对不考虑空气阻力、掺气作用时的临底水力特性进行分析;并考虑水气两相作用,采用数值模拟方法对比研究薄水舌、大落差条件下,空气对水舌的阻力及掺气作用,分析临底水力特性及结构影响,为通过坝身孔口实现水垫塘反充水的思路提供支撑,为类似研究和工程应用提供借鉴和参考。

基于固-气-液耦合的气垫船水下辐射噪声数值分析

气垫船水下声辐射是复杂的船体结构-气垫-周围水体三类介质声振耦合过程,其声传递特性是气垫船声学分析中的难点。本文以某全垫升气垫船为研究对象,结合声固耦合有限元法与解析法,探究气垫船水下辐射噪声传递特性。通过建立固-气-液声固耦合有限元模型,计算机械激励与垫升风机声激励,并以试验固有频率修正数值模型;通过声透射解析公式计算空气螺旋桨、燃气轮机等设备声激励辐射的水下噪声。采用距离左、右舷1 m处线上各点的总声压级作为评价指标。结果表明:气垫船水下辐射噪声为宽带噪声;有限元法计算的水下辐射噪声在低频时集中分布于气垫-周围水体耦合面附近,随着频率的升高,水下噪声增大并逐渐呈不规则干涉状分布;空气螺旋桨等声激励直接辐射水下噪声主要为近场低频噪声,在设备声激励辐射范围内声压平均占比约为40%。本文揭示的水下辐射噪声传递特性对气垫船减振降噪具有重要指导意义。

双液灌浆在某水电站防渗帷幕工程中的应用

某大型水电站水垫塘廊道防渗灌浆工程中出现灌浆孔无压无回的异常问题,通过孔内摄像、岩芯分析、示踪法等方法确定灌浆孔内存在渗漏通道。结合工程实际并参考同类案例,拟采用水泥-水玻璃双液灌浆进行防渗堵漏。现场生产性试验表明:水泥水灰质量比选用1.0、水玻璃选用模数3.2及浓度40°Be′、水玻璃掺量为水泥浆的8%,选用单液式、自下而上、孔口封闭、纯压式灌浆工艺,对地质异常孔具有较好的防渗堵漏效果,能够明显降低廊道渗流量,可为类似工程提供技术参考。

地下水的致灾效应及异常地下水流诱发地质灾害

地下水是诱发和触发近地表地质灾害的最主要因素,在地质灾害评价、预测与防治中具有特殊重要的意义。本文对灾害过程中地下水的地质-力学作用一般原理和规律作了较为全面的分析,提出了地质体水敏性和水敏结构的概念,尤其对地下水的化学作用进行了较为深入的分析。结合具体实例,揭示了两类典型的极端情况下地下水触发地质灾害的特殊机理。一类是大型顺层滑坡发生过程中的地下水的“水垫-楔裂”效应;另一类是深埋长隧道中,地下水在高强度水头压力作用下的“劈裂”效应。两类效应在西南地区斜坡地质灾害和深埋长隧道的修建过程中都具有一定的典型意义。

浅水垫消力池水力特性试验

为解决常规消力池临底流速大,流态不稳等问题,以云南省楚雄州青山嘴水库工程为例,通过水工模型试验,提出浅水垫消力池的体型;揭示了浅水垫消力池的水流流态、流速分布、水面线形态和压力分布等水力特性,并与常规消力池与下挖式消力池进行了对比。结果表明浅水垫消力池有利于降低消力池临底流速,浅水垫的存在改变了消力池内的水流流态,改善了池内水力学特性,消能效果显著。

水垫带式输送机水垫压力场的计算模拟与实验研究

建立水垫流场的二维雷诺方程,利用CFD软件对不同情况下的水垫压力场进行数值模拟。数值计算结果表明,水垫压力场主要是由喷嘴喷出的水产生的静压力组成。水垫压力随着喷嘴直径的增大而增大,喷嘴错位布置比平行布置方式能一定程度上提高水垫带式输送机的承载能力;喷嘴排数和列数也影响着水垫压力的大小和稳定性。研制了水垫带式输送机静态模拟试验台,对喷嘴直径、排列方式相同的情况下对不同载荷的水垫压力场进行实验研究,得到水垫流场的压力分布。与数值模拟结果比较表明,理论计算结果基本反映了水垫流场压力分布的主要特征,为进一步研究水垫带式输送机提供了参考。

高拱坝下游水垫塘内流场的数值模拟

运用带自由表面的三维k-ε气液两相紊流数学模型,采用质量分配的方法概化由于设有齿坎且高程不同的泄洪表孔而形成的复杂水舌形态,模拟了某水利枢纽水垫塘内斜向淹没冲击射流形成的气液两相流场,计算得到的底板时均压力分布与物理模型试验实测结果符合较好.通过数值模拟给出了水垫塘内斜向淹没冲击射流流态和纵横断面上的水气体积分数分布.数学模型弥补了模型试验对水垫塘内部水流流态及有关重要水力学参数难以观测与测量的不足,有助于分析判断泄水建筑物布置的合理性与水垫塘的消能效果.

水垫塘的水流特征和消能规律研究

结合乌江构皮滩水利枢纽工程消能问题研究 ,用热膜流速仪在比尺为 1∶380的精细模型上量测了拱坝挑跌流在水垫塘内的流速场 ,并由试验成果分析了淹没射流在水垫塘内的消能过程 ,计算了消能率。研究表明 ,要想提高水垫塘的消能效率 。

输水工程大直径钢管外包混凝土垫层结构研究

为研究输水工程中垫层弹模和厚度对钢管外包混凝土结构应力分布的影响,确定垫层参数的最优取值,以引汉济渭二期输水工程为背景,运用有限元软件,对大直径钢管外包混凝土垫层结构进行分析研究。确定钢管及外包混凝土在垫层不同弹性模量、不同厚度下的应力状态。结果标明:设置垫层后,外包混凝土主应力明显降低,有效改善钢管及外包混凝土的应力分布;随着垫层弹性模量的减小,钢管的等效应力逐渐增加,外包混凝土的主应力逐渐减小;垫层厚度小于20 mm时,外包混凝土最大主应力随垫层厚度增大而减小,厚度大于20 mm时,外包混凝土最大主应力减小情况不显著,垫层最优厚度10~20 mm;垫层弹性模量和厚度同比例时,钢管等效应力和外包混凝土主应力基本不变。研究成果对输水工程中大直径钢管外包混凝土垫层结构选择具有参考意义。

水垫带式输送机设计原理及基本参数的研究

为了进一步完善水垫带式输送机的设计,对其基本参数之间的关系进行了研究.根据润滑理论对水垫带式输送机设计原理进行了分析,推导出水垫带式输送机的水垫雷诺方程.以水垫雷诺方程为基础,系统地分析水垫压力、水泵压力、工作液体流量和阻力、盘槽喷嘴布置等水垫带式输送机的基本参数,得到了相应的计算原则和方法.研究表明:水垫带式输送机的承载能力是由动压效应、挤压效应、加质作用3部分组成;由于挤压效应的存在,输送机在间断和不均匀给料的工况下仍可正常工作;最佳的喷嘴布置方案是采用不等排距、不等孔距、不等流量.

多层水股射流在水垫塘内的流动特征与动水垫效应分析

多层水股在水垫塘内的流动特征及其各水股间的干扰、碰撞和动水垫效应等对探明水垫塘的消能机理和体型优化设计具有重要的意义．本文利用激光片光源和荧光染色液技术，对静水和动水垫中的射流进行了流场显示试验，并通过射流在动水中的流动特征和淹没冲击射流理论，分析了多层水股在水垫塘内的流动机理和动水垫效应。

挑跌流护底或不护底水垫塘控制标准研究

本文使用锦屏一级、溪洛渡、糯扎渡三个大型工程的水垫塘1∶100水弹性块体模拟底板的水工模型研究了块体失稳条件。并采用专门设计的测试块体承受脉动上举力装置,测试了块体具有一定抗力条件的受力过程。进行了回归分析,给出了一定抗力条件下的安全水深,或一定水深条件下所需抗力(板重力和加锚固)大小的公式。本文对护底或护坡不护底的水垫塘塘底破坏性分析都有参考意义。

水垫塘多层淹没射流数值模拟及消能研究

本文对纵向多层淹没射流水垫塘流态进行了数值模拟，将能量方程耦合于ＳＩＭＰＬＥ算法中使计算结果与实测值更为接近．文中分析、比较了单层和多层射流入塘后的水流结构及消能机理．研究表明，由于多层射流的能量耗散加快且分布均匀化和“动水垫”效应，使其在充分发挥水垫消能作用，提高消能率和降低塘底动水荷载及冲剧等方面明显优于单层射流．

反拱水垫塘与平底水垫塘底板稳定性诸方面之比较

反拱水垫塘是一种新型消能防冲结构,拟在我国溪洛渡等高拱坝中采用。在高水头、大流量作用下反拱水垫塘能否安全运用其稳定性是关键技术之一。分析了平底水垫塘和反拱水垫塘的稳定性原理,论证了反拱水垫塘底板具有超载能力强、稳定性高的优点,是高拱坝坝身泄洪消能的合理选择。

水垫塘淹没射流的数值模拟

本文分析了水垫塘内的淹没射流因受固体边界的约束,其流动特性不同于淹没自由射流,而具有各向异性的特点,论述了应用数值模拟的方法研究该问题的重要意义。应用紊流代数应力模型计算了简单边界条件下淹没碰壁射流的扩散规律及紊动特性,对计算结果与试验实测资料作了比较。

小挑角跌坎加浅水垫消力池水力特性试验

为了解决大单宽、低弗劳德数、上下游水位变幅大、运行方式多变的闸坝工程中存在着消力池适应性差、运行方式不灵活的难题,以汉江旬阳水电站工程为例,通过多种消力池消能方案的水力特性对比试验,提出了小挑角跌坎加浅水垫消力池方案.该方案出闸水流经小挑角跌坎调整扩散后,各工况均能在消力池内形成淹没水跃,出池水流平稳、无跌落,与下游衔接自然,消能效果较好,闸门开启运行组合及开启方式灵活.

浅水垫消力池的大涡模拟研究

为了探讨大涡模拟方法是否适用几何体型及水力特性均为复杂的浅水垫消力池水流的模拟,采用大涡模拟方法对浅水垫消力池进行数值模拟计算,得到消力池内的流态、流速、时均压力及脉动压力等水力参数,与物理模型试验得到的数值基本一致,说明大涡模拟方法能较好地模拟具有复杂流动的浅水垫消力池的各种水力特性,该方法可以提供雷诺时均模型不能得到的脉动压力信息,可以采用该模拟方法深入研究该型消力池的水力特性及消能机理。

高坝下游水垫塘冲击射流数模计算研究

结合乌江构皮滩水利枢纽工程 ,以二维大涡模拟方法研究水垫塘内的冲击射流流速场及压力场 ,并与试验研究成果进行比较分析 ,结果发现计算值与试验值基本吻合。

旋转水射流冲击压强的实验分析

利用测压排摄像自动读数法,测量了水垫式旋转磨料射流喷嘴所产生旋转射流的冲击压强。该方法对测压排内水面标志物进行连续摄像,然后利用计算机程序对所摄图像自动读数,可以用较低的成本较好地实现非恒定压强的测量。实验结果表明,对于水垫式旋转磨料射流喷嘴产生的旋转射流,切向入流与轴向入流流量之比(流量比)及之和(总流量)是其冲击压强的控制性因素,前者控制其分布和大小,后者只对其大小有影响;各股切向入流的流量不均匀性对射流冲击压强时均值的影响很小;冲击压强脉动强度随着作用位置到射流中心距离的增大而减小。

反拱水垫塘底板缝隙中动水压强特性的试验研究

对反拱水垫塘底板缝隙中动水压强的特性进行了详细试验研究 ,得出缝口动水压强阻尼特性、盲缝和通缝边界条件对动水压强幅值、时域和频域影响 ,动水压强幅值和谱密度变化规律 ,从而揭示反拱水垫塘底板稳定机理 ,说明反拱底板稳定性比平底板优越。