某水电站琴键堰体型优化试验研究

琴键堰是一种新型的高效溢流堰,以曲折的堰顶结构来增加溢流前缘总长度,使得其泄流能力远超直线堰。针对某拟建水电站琴键堰泄流能力不足的问题,提出了增加展宽比(L/W)、增加堰高(P)和增加堰高且减少单元数(n)的优化方案,并通过物理模型试验进行验证,得到了满足设计要求的推荐方案。此外,本研究还探讨了水工模型类别(整体及断面模型)和比尺效应对琴键堰泄流能力的影响。通过对比分析优化方案可知:方案M1(展宽比L/W由7.75增至8.88)中,琴键堰泄流能力得到了一定程度的提高,但泄流能力仍不满足设计要求;方案M2(堰高由4.50 m增至6.50 m)和M3(堰高由4.50 m增至6.90 m,单元数由17.5个减至8.5个)中,琴键堰泄流能力显著增加,该两种方案皆可满足设计要求。试验结果表明:与琴键堰整体模型相比,其断面模型测得的泄流能力偏大约6%;对于琴键堰,当模型堰上水头大于2.50 cm时,比尺效应对琴键堰泄流能力的影响可以忽略。

Experimental and numerical analysis of flow over a rectangular full-width sharp-crested weir

Weirs are a type of hydraulic structure, used for water level adjustment, flow measurement, and diversion of water in irrigation systems. In this study, experiments were conducted on sharp-crested weirs under free-flow conditions and an optimization method was used to determine the best form of the discharge coefficient equation based on the coefficient of determination （R2） and root mean square error （RMSE）. The ability of the numerical method to simulate the flow over the weir was also investigated using Fluent software. Results showed that, with an increase of the ratio of the head over the weir crest to the weir height （h/P）, the discharge coefficient decreased nonlinearly and reached a constant value of 0.7 for hiP 〉 0.6. The best form of the discharge coefficient equation predicted the discharge coefficient well and percent errors were within a ±5% error limit. Numerical results of the discharge coefficient showed strong agreement with the experimental data. Variation of the discharge coefficient with Reynolds numbers showed that the discharge coefficient reached a constant value of 0.7 when hiP 〉 0.6 and Re 〉 20000.

矩形渠道矩形侧堰水力特性试验研究

矩形侧堰作为一种量水设施,具有结构简单、造价低廉、安装拆卸方便和精度较高等优点,适用于量大面广的小型渠道及田间进水口的量水。对矩形渠道上6种不同高度的矩形侧堰在6种不同流量下进行试验,获得了矩形渠道矩形侧堰上下游附近水面线,研究了壅水高度、水头损失等水力特性,推导了形式简单、精度较高的流量公式。结果表明,主渠道侧堰附近水面靠近侧堰一侧波动程度较大,主渠道中心线次之,远离侧堰一侧的较稳定;壅水高度和水头损失随堰高度的增加而增加;推导的流量公式最大相对误差绝对值为4.98%,平均相对误差绝对值为4.27%,满足相关标准及灌区量水精度要求。

苯加氢萃取塔浮阀塔盘及塔内件的改造

通过对萃取塔圆形浮阀塔盘及塔盘内件进行技术改造,采用新型多孔梯形浮阀塔盘及降低塔盘溢流堰高度,增加塔盘降液孔底隙高度,使萃取塔分离效率提高,萃取塔的操作弹性增加到50%,萃取塔的塔盘阻力降低50kPa,塔顶非芳烃产品硫含量降低了95%,溶剂塔纯苯产品质量优级效率从40%提高到98%,萃取塔的处理能力增加20%,萃取塔底及溶剂塔的操作温度降低30℃~34℃,萃取塔、溶剂塔的能耗降低30%,溶剂分解变质速度大幅降低,达到了提质、降耗、节能、增加效益的效果,使生产长周期稳定运行,取得了较好的经济效益、环保效益及安全效益。

筛板精馏塔的板效率研究

在直径为0.75 m,塔高4 m的不锈钢热模塔内,以正庚烷-环己烷为物系、在常压、全回流条件下,进行筛板塔传质效率的研究,选取孔径为13 mm和6 mm,开孔率为3.9%和6.4%的塔板,测试了这些塔板的气液相默弗里板效率,通过排列组合,考察了孔径、不同塔板位置和出口堰高对传质效率的影响,并进行了传质效果对比。此外还运用AIChE传质模型计算了默夫里板效率,并与实验值进行了比较。实验结果表明:在泡沫接触状态下,堰高的增加有利于板效率的提高,孔径6 mm的塔板传质效果较好,喷射接触状态下,堰高对传质效率没有影响;此外模拟计算的塔板效率值接近于实验值,研究结果为工业设计与放大提供了依据。

琴键堰不同堰高泄流特性的数值模拟

采用基于VOF自由面捕捉的全三维紊流数值模拟的方法,对琴键堰各个流量断面进行了泄流量的分析。通过比较五种不同堰高的琴键堰的泄流情况,分别从各个断面的流量所占的百分比、单宽流量和泄流效率等方面,得出了堰高对各断面的影响,从而得出了堰高越高泄流能力越强的结论,为今后的工程和研究提供参考。

波纹导向浮阀塔板的雾沫夹带研究

在直径1 000 mm、高6 m中试规模的不锈钢圆形塔内,采用空气-水物系进行冷模实验,对波纹导向浮阀塔板的雾沫夹带性能进行了研究,考察了液流强度、出口堰高等因素对其雾沫夹带的影响,并比较了带孔、不带孔波纹导向浮阀和F1型浮阀的雾沫夹带分率。结果表明,波纹导向浮阀塔板在不同的液流强度下都具备较好的操作弹性;带导向孔的波纹浮阀塔板的雾沫夹带率较无导向孔低,证明了浮阀上方开导向孔的优越性;在较大的空塔动能因子下,带导向孔波纹浮阀塔板的抗雾沫夹带性能明显优于F1型浮阀。

溢洪道不同堰高过流能力试验对比分析

溢洪道是水利枢纽工程中主要的、甚至是唯一的泄水建筑物,其泄流能力直接关系到大坝的安全。一般而言,溢洪道过流能力和相对堰高呈正比关系。但在实际工程中,限于地形、地质条件,进口引渠段的布置,可能导致高堰过流能力不能满足设计要求。通过试验研究,结合实际工程,对比分析不同堰高,在一定来流条件下,溢洪道过流能力的变化,可供类似工程参考。

大型塔板液体流动状况的研究

在大型冷模试验装置上，研究了液流强度、外堰高、降液管下口高和堰径比等因素对大型塔板板面液体流动状况的影响。实验表明：大型塔板上液体存在严重的不均匀流动，堰径比较大时，液体流动的不均匀性有所减弱；液流强度、外堰高和降液管下口高对板面液流分布的状况共同构成影响；在外堰高和降液管下口高一定的情况下，存在一个适合的液流强度，使板面液体回流区面积最小。

十字旋阀塔板的板效率研究

在直径750 mm的热模塔内,以环己烷-正庚烷为物系,在常压全回流条件下研究了出口堰高对十字旋阀塔板各板效率及全塔效率的影响,并将十字旋阀和F1型浮阀塔板的全塔效率进行了比较。实验结果表明:在正常操作状态下,堰高由30 mm增加到50 mm,板效率可提高5%—12%。堰高为30 mm时,十字旋阀塔板的全塔效率比F1型浮阀塔板要高10%左右;堰高为50 mm时,二者的全塔效率相差不大;还通过AIChE模型和CCM模型(Chen,Chuang点效率模型结合Molnar涡流扩散模型)的计算来预测板效率,并将其结果与实验值进行比较,发现CCM模型值与实验值比较接近。

十字旋阀塔板漏液性能

在φ1000mm的圆塔内,以空气-水为介质,对十字旋阀塔板的泄漏率进行了测试,考察了液流强度、出口堰高等因素对泄漏性能的影响,并将其与交错十字旋阀塔板、组合导向浮阀塔板和F1型浮阀塔板的泄漏率进行了对比。结果表明:十字旋阀塔板在气速超过临界阀孔气速且液流强度较小时具有很好的漏液性能,经数据关联,获得了十字旋阀塔板漏液点孔速的关联式。

不同轻重比例的十字旋阀塔板压降的实验研究

在直径为1 000 mm、板间距600 mm、内置4块塔板的不锈钢圆塔中,以空气-水为介质,对十字旋阀塔板的压降进行了实验研究。在相同开孔率15.52%下,考察了3个液流强度和3个堰高条件下,对不同轻重比例(100%,86%,70%,50%,0)十字旋阀塔板压降的影响。结果表明:相同液流强度和堰高条件下,不同轻重比例塔板压降的关系是0>50%>70%>86%>100%;相同轻重比例和堰高条件下,液流强度越大,塔板压降越大;相同轻重比例和液流强度条件下,堰高越大,塔板压降越大;这3种因素导致的塔板压降差异均随着阀孔动能因子F0的增大而逐渐缩小。

CFD优化精馏塔板的液流状况

应用计算机对过程的模拟(仿真)研究是过程系统工程(process systems engineering,简称PSE)的重要组成部分,本文应用计算流体力学(computational fluid dynamics,简称CFD)模拟研究了液流强度和堰径比对精馏塔板液流状况的影响,并且模拟计算了改进塔板液流状况的两种方案:设置不等高入口堰和设置圆弧型的导流板,从模拟结果可以看出,以上两种方案都能够很好的达到优化塔板液流状况的目的。

二种导向浮阀组合塔板的压降研究

采用直径1 m、板间距0.6 m的中试规模冷模塔,以空气和水为物系,对矩形导向浮阀和波纹导向浮阀组合塔板的压降进行了研究。在开孔率为15.25%的条件下,分别考察了10,25,40 m^3/(m·h)液流强度和30,50,70 mm堰高下3种组合方式的塔板压降。实验结果表明:在相同的组合方式下,堰高和液流强度的增加均会导致塔板压降的增加;在堰高和液流强度一定的条件下,弓形区域布置波纹导向浮阀,中间矩形区域布置矩形导向浮阀的组合塔板压降最低。同时文中还对3种组合方式塔板的压降进行了数学方程式拟合,其结果对塔设备设计具有参考价值。

宽顶堰水力试验研究

在水道工程的建设中，各种类型的堰利用率很高．堰的坝型和坝高的选择直接影响到过水能粒本文通过宽顶堰的模型试验，再现越障水流现象并对过堰水流流型进行探讨，以便为水利工程设计提供可靠的依据．

低水头折线型实用堰泥沙淤积影响研究

采用物理模型试验和数学模型计算相结合的方法,研究了上游堰高对折线型实用堰堰面泥沙淤积的影响。结果表明:上游堰高为3 m时,由于上游堰高值较大,且堰顶高程未高于上游河床高程,堰面检修门槽处的底流速和紊动能较大,泥沙不易淤积停留,对检修闸门正常启闭的影响较小。试验结果对类似工程设计具有一定的参考价值。

立体连续传质塔板板上清液层高度实验研究

对立体连续传质塔板(LLC-Tray)的板上清液层高度进行了测量。结果表明:LLC-Tray板上清液层高度随液体流量的增加而增加,随堰高的增加而增大,气速对清液层高度的影响很小。

卧式双堰型三相分离器液层厚度的计算模型

针对卧式双堰型三相分离器设计方法的不足,分析了双堰型三相分离器的结构原理及操作特点,并考虑堰板高差、溢流堰顶液层厚度、溢流速度及集油槽底部流动阻力,应用能量守恒方程建立了液层厚度的计算模型;同时建立双堰型三相分离器实验装置,在较宽的油/水流量及油/水比的范围对分离器的流动过程和液层厚度进行了实验观察与测试。结果表明,按理想的静力学关系建立的液层厚度模型显著偏离实际,而本文提出的液层厚度计算模型预测值与实验测试值吻合良好,最大偏差小于6.5%。基于该模型,可分别确定分离器中轻相液层与重相液层的厚度和沉降分离段长度,进而明确液-液分离过程的控制步骤,从而为传统设计方法(停留时间法)的改进提供了重要依据。

板式塔液体不均匀流动及其改善

在1 2 0 0mm塔盘冷模试验台上 ,在无气相流动情况下 ,进行了单、双溢流液体流动试验 ,测定了塔板板面液体的流动状态。在探讨不均匀流动成因的基础上 ,进行了改善板面不均匀流动的研究。结果表明 :设置不等高入口堰 ,可有效抑制板面两侧弧形区域的液体返混 ,达到整个板面液体均匀流动的效果。工业应用证实它能明显地改善塔板效能。

污水截流井设计计算方法探讨

结合《合流制系统污水截流井设计规程》(CECS 91:97)中的计算方法,通过某一算例,分析比较了在雨天实际截流工况下,堰式、槽式、槽堰结合式三种截流井的实际截流量相对于设计截流量的增加倍数,并提出了减小该增加倍数的相关措施。同时,针对堰式污水截流井提出了计算堰高的新思路,并与原设计方法进行了比较。