低坎分流墩消能工下游水流波动特性研究

利用水工模型,从波浪的角度对低坎分流墩用于低佛氏数水流消能的效果进行了试验研究。研究分析了水流的平均波高、波动能量、各波动要素随流程和随佛氏数的变化规律,以及波动沿频域的分布情况等等。结果表明,低坎分流墩用于低佛氏数水流消能效果良好,可有效地削减下游波浪,对下游岸坡稳定及通航有利。

齿墩间距对二级齿墩消能工消能效果的影响研究

齿墩式内消能工是基于传统内消能工提出的创新消能工方式,是对内消能工形式的全新尝试。文章以数值模拟的方式对两级消能工齿墩间距对消能效果的影响进行研究,结论对优化该消能工结构设计,提高其工程应用价值具有重要意义。

齿墩状内消能工的消能及压力特性

输水管道或泄洪洞常见的内消能方式为孔板和洞塞,结合明渠水流中的消能工形式提出了齿墩状内消能工,并通过物理模型试验对不同面积收缩比的齿墩状内消能工进行了研究,分析了它们的过流能力、消能率、压强沿程变化及脉动压强特性.结果表明:齿墩状内消能工的过流能力主要是由消能工的体型及尺寸决定的,其面积收缩比越大,消能率越低,过流能力就越强;齿墩状内消能工的时均压强在收缩段骤降,在其后部逐渐上升,而后恢复至稳定,其恢复长度基本相同;齿墩状内消能工的脉动压强最大点均出现在收缩段后1倍圆管直径范围内,随后迅速减小,逐渐趋于平稳;面积收缩比为0.471 2的齿墩状消能工的脉动强度最小,因而其抗空化性能优于其他情况,且脉动压强最大点的压强概率密度分布接近正态分布.

齿墩内表面不同的两种体型齿墩式内消能工的数值模拟

为了研究两种体型齿墩式内消能工对管道内部水力特性的影响,采用FLUENT软件中的κ-ε数学模型模拟分析了齿墩内表面为平面(体型Ⅰ)和齿墩内表面为圆曲面(体型Ⅱ)两种体型消能工的流场、压力场、紊动能及水力参数等。结果表明,相同流速下齿墩内表面由曲面变为平面会扩大压强变化段长度和减小消能工出口处低压区的压强,且在大流速时体型Ⅰ在该区出现负压;消能工出口管壁附近会出现漩涡区,齿墩内表面由平面变为曲面,旋涡区域减小;紊动能的突变区域出现在消能工出口后,齿墩内表面由平面变为曲面会减小该区域的紊动能及其范围;齿墩内表面由平面变为曲面,消能工的消能率减小,流量系数加大,与其水力半径密切相关,为齿墩式内消能工的体型优化提供了依据。

面积收缩比相同条件下不同体型齿墩式内消能工对管道内部水力特性的影响

为研究同一面积收缩比情况下不同体型齿墩式消能工对管道内部水力特性的影响,采用物理模型试验与理论分析相结合的方法,分析了5种方案消能工的消能率、过流能力、时均压强和脉动压强的变化特征。结果表明,面积收缩比相同时,方案3消能率最小,齿墩高度比不等于0.5时消能率随齿墩高度增加而增大,流量系数的变化规律则相反;时均压强系数在消能工进口处骤降,并在距离消能工进口4 D处逐渐恢复至稳定,但比消能工进口处低2.5~2.8,表明齿墩高度比对时均压强系数影响较小;脉动压强系数沿程基本呈双峰分布,双峰分别位于消能工进口和出口附近,第二个峰值最大值及最小值分别是方案2、3。综合分析后知方案2最佳,为推荐方案。

齿墩数量对齿墩式内消能工消能率影响试验

针对洞塞式消能工对消能体型的过流能力有较大影响的缺点,为尽可能减小其影响,进行了齿墩式内消能工物理模型试验,设计了面积收缩比为0.375条件下不同齿墩数量的3种方案来试验分析齿墩式内消能工过流能力、局部水头损失系数、消能效果、脉动压强特性及脉动流速特性。试验结果表明:齿墩数量对齿墩式内消能工的消能效果起着一定的作用,在试验范围内,随着齿墩数量的增加,过流能力增强,局部水头损失系数减小,消能率降低;紊动强度在距齿墩段进口1.5D(D为管道内径)处达到最大,7D后趋于平稳;脉动压强在距齿墩段进口1.3D^1.6D达到最大,然后急剧衰减,在距进口5.6D处趋于平稳。

断面收缩比对齿墩式内消能工消能效率的影响

为了尽可能减小洞塞消能工对过流能力的影响,提出了一种齿墩式内消能工法,通过物理模型试验对不同收缩比的齿墩式内消能工进行了研究,分析了它们的过流能力、消能率及局部水头损失系数。结果表明,齿墩尺寸和形状是影响齿墩式消能工的关键因素,其面积收缩比越小,消能率越高,过流能力就越低;各方案的时均压强在进口处迅速递减,在距齿墩段进口1.15 D左右达到最小值,而后逐渐恢复,在距进口4.00 D处趋于平稳;当收缩比逐渐增大,局部阻力损失系数逐渐减小。

齿墩形内消能工脉动压力特性研究

针对高速水流脉动压强负值会增大泄流边界发生空蚀破坏的问题,提出一种新型齿墩状内消能工,采用物理模型试验分析了3种齿墩形内消能工的消能特性、脉动压力特性和空化特性。结果表明,采用齿墩设施可增进消能作用并达到消能效果。通过对3种不同面积收缩比的齿墩形内消能工脉动压强研究,得到了脉动压强的分布规律,收缩面积比为0.451时的齿墩形内消能工脉动强度较小,抗空化性能更强,其脉动压强最大点的压强概率密度分布接近正态分布。

二级齿墩旋转内消能工的试验研究

为了满足过流能力的同时进一步提高消能效果,在一级齿墩式内消能工研究的基础上,采用理论分析和物理模型试验方法,对断面收缩比为0.5、齿墩数目为4、齿墩长度为13.5cm的二级齿墩进行物理试验,分析了二级齿墩式内消能工相对旋转后的水力特性。结果表明,脉动压强系数沿程分布规律基本一致,从一级齿墩开始到二级齿墩结束,受齿墩突缩突扩影响,脉动压强系数变化最明显,在4.2倍的管径附近脉动压强系数达到最大,在6.5倍的管径附近,脉动压强系数逐渐恢复平稳;当两个齿墩相对旋转角越小时,过流能力越好,消能率越小;当两个齿墩相对旋转角越大时,过流能力变弱,消能率变大。

齿墩内流消能工的水力及消能特性试验研究

齿墩是用于有压管道中的一种新型内流消能工,为了分析其水力特性和消能效果,通过物理模型试验,对体型优化后的齿墩内流消能工进行了研究。结果表明:3种面积收缩比齿墩内流消能工时均压强在齿墩段上游很稳定,在齿墩进口压强突然急剧降低并在距齿墩进口处降到最低,随后压强升高,在齿墩下游较远处趋于平稳。齿墩内流消能工的面积收缩比小时,时均压强降幅大,流量系数较小,过流能力也小;3种面积收缩比方案的水头损失系数在流量增大到一定程度后不再发生明显变化,当齿墩内流消能工的面积收缩比小时,水头损失系数降幅小,但水头损失系数的值大;当齿墩内流消能工的面积收缩比小时,其消能率大,消能效果最好。

齿墩长度对齿墩式内消能工水力特性影响的数值分析

为了探究齿墩长度对齿墩式内消能工水力特性的影响,使用Fluent软件中的k–ε数学模型进行数值模拟,并和前期物理模型试验的结果进行比对,验证了模型的准确性,进而对7种不同齿墩相对长度(相对长度η为齿墩长度l与管道内直径D之比)的内消能工的中心轴流速、时均压强、过流能力、消能率、紊动能和流场等进行了分析。结果表明不同相对长度齿墩式内消能工中心轴流速分布规律基本一致,除η等于0.1外,各方案中心轴峰值流速出现的位置相同,不随相对长度的变化而变化,均在齿墩进口后0.38D处;齿墩前后壁面时均压强变化较大,存在低压区;齿墩段后侧旋涡区内紊动能较大,且回流区长度随齿墩相对长度增加逐渐减小;在模拟范围内,流量系数随着齿墩相对长度的增加先增加后减小,η在0.2~0.9范围内流量系数较大,消能率的变化规律则相反;η大于0.9时,突缩突扩段旋涡区分离,此后随着齿墩相对长度增加,多余长度对消能的作用仅由沿程水头损失产生,对消能工消能率的贡献不大,可忽略。综合分析,相对长度为0.2~0.9范围内的齿墩长度较优,给齿墩式内消能工的体型优化提供了依据。

齿墩式内消能工的压力及流速特性研究

为进一步了解齿墩式内消能工的特性,通过物理模型试验,分析了在齿墩数相同、面积收缩比不同的情况下齿墩式内消能工的过流能力、时均压强、脉动压强及脉动流速。结果表明,管道的过流能力主要由齿墩式内消能工的体型及尺寸决定;时均压强在齿墩进口处急剧下降,在距齿墩段进口0.2 D(D为试验管内径)处达到最小值,之后逐渐上升,到距齿墩段进口2.5 D处恢复平稳,且在试验范围内,面积收缩比越小,时均压强降幅越大,消能效果越好;脉动压强在齿墩段后出现最大值,面积收缩比ξ=0.375时脉动压强最大,其概率密度分布接近正态分布;脉动流速最大值出现在齿墩段出口处,管中心的脉动流速小于管壁处的脉动流速。

齿墩式内消能工的水力特性数值模拟研究

为了进一步研究齿墩式内消能工的水力特性,采用数值模拟方法,利用Gambit软件建立齿墩式内消能工的计算网格,借助Fluent软件中RNGκ-ε双方程紊流模型对水流流动进行数值模拟,物理模型试验结果与数值模拟结果吻合较好,并在此基础上利用数值模拟方法分析了齿墩式内消能工的压强、流速、消能率及过流能力等水力特性。结果表明,在齿墩入口处管道中心附近的压强明显小于管壁的压强,进入齿墩段,压强骤降形成低压区;在齿墩下游0.1 D(D为管道直径)处压强降到最低,之后开始恢复,并逐渐趋于平稳,压强恢复区长度约为3 D;在齿墩末端正后方形成漩涡回流区,漩涡长度约为1.2 D,之后流速分布趋于均匀;与相同面积收缩比的洞塞式内消能工相比,虽然消能率相应降低,但其流量系数的增幅大于消能率的减幅,有利于缓解过流能力与消能效果的矛盾。

齿墩数目对齿墩状内消能工消能效果的影响

为改善传统消能方式、底流消能方式、挑流消能方式带来的不利影响,选取面积收缩比相同(ε=0.5)而齿墩数目不同的4种试验方案,通过物理模型试验,分析了各方案下齿墩状内消能工的消能率、脉动压强和空化特性。结果表明,4种试验方案的消能率大致随齿墩数目的增加而降低,方案A的消能效果最佳;脉动压强系数沿程分布规律基本相同,脉动压强在齿墩段变化剧烈,脉动压强最大点均出现在齿墩段后约1.5 D(D为圆管直径)处,随后又迅速减小,并在距齿墩段4 D后逐渐恢复平稳状态;在试验研究范围内,当n>3时脉动压强随齿墩数目的增加而增大,n=4时脉动压强最小,其抗空化性能最好;脉动压强概率密度分布基本近于正态分布。研究结果可为内消能工的工程应用提供依据。

老炉下水库溢流坝泄水消能工的选择

针对老炉下水库工程的地质、地形等条件,通过1:30整体模型对水库溢流坝消能防冲的布置及消能形式进行了试验研究和分析。试验结果表明,窄缝式挑坎方案适用于高水头、河谷狭窄的溢流坝枢纽工程。

基于数值模拟的齿墩间距对消能效果的影响研究

齿墩式内消能工是基于传统内消能工提出的创新消能工方式,是对内消能工形式的全新尝试。文章以数值模拟的方式对两级消能工齿墩间距对消能效果的影响进行研究,结论对促进该消能工结构设计优化,提高其工程应用价值具有重要意义。

黄金峡水利枢纽泄水建筑物设计研究

黄金峡水利枢纽工程特点是洪峰流量大,水库调蓄能力小,河谷狭窄,泄洪问题成为枢纽布置中的主要矛盾。在可研设计中,对枢纽泄水建筑物规模及消能型式做了分析计算和比较,在设计中采用较大单宽流量,减小闸孔布置宽度,较好地解决了消能防冲与兴利建筑物布置上的矛盾。

堰顶收缩射流技术在湖南省的应用与研究

通过成功的工程实例,展示了湖南院自1992年开始研究中低头宽尾墩联合消能工以来,应用与研究的主要成果。并对基于堰顶收缩射流技术的宽尾墩联合消能工,运用于中低水头工程的原理和参数的选取提出了见解。