水工物理模型水下高精度超声水位测量

针对现有水下超声波水位测量方法精度偏低,无法满足水工物理模型实验测量需求的问题,分析了水下超声波水位测量误差来源和误差量级,综合考虑水声速与渡越时间对测量精度的影响,提出了一种水下高精度超声水位测量方法。首先,分析了超声波换能器间隙误差对声速测量精度的影响,提出了间隙误差计算方法,从原理上消除了水体环境变化对水位测量精度的影响;其次,基于超声波回波信号的包络形态不变原则,采用归一化包络时差法检测超声波渡越时间,并给出了离散数值计算算法流程,以减小信号衰减特性的渡越时间检测的影响。理论分析表明,该方法能从水声速和渡越时间两方面同时减小水位测量误差。为了验证本方法的可行性,开发了实验样机,并进行了计量检定实验,实验结果表明,在400 mm量程范围内,水位测量误差小于0.1 mm,满足水工物理模型实验高精度水位测量需求。

闸站桥合建工程水工物理模型试验研究

为研究闸站桥合建工程对水闸和泵站进水流态及流速分布产生的不利影响,以珠三角地区某水闸泵站工程为例,针对不良流态问题,通过设置进口导流墩开展方案优化试验研究,并引入流速均匀度分析效果。结果表明,在隔墙泵站一侧设置4个导流墩、在隔墙水闸一侧设置2个导流墩对改善水流流态的效果最明显,为最佳优化方案,可为类似工程设计提供参考。

适于水工物理模型的新型表面流速测量技术

针对水工物理模型表面流速测量方法的技术现状,提出了一种不对流场造成破坏的新型光电非接触式表面流速测量方法。对流速测量原理进行推导,并对影响测量精度的因素进行了分析。搭建了实验系统,在6种不同标定流速下,对0、25kg/m3及50kg/m3三种含沙量情况下的流速进行了测量。实验结果表明,在三种不同含沙量情况下,实测流速与标定流速的一致性较好,证明理论的可行性。实验还发现,水体适量含沙能提高流速测量精度,流速相对误差能控制在8%以下。

扩建水电站对过闸船舶通航影响模型试验研究

文中针对新建水电站对附近过闸船舶影响问题,以融江大埔水利枢纽水电站扩机工程(洛古水电站)与融江大埔船闸工程为依托,采用水工物理模型试验方法,通过对过闸船舶航迹线、舵角、漂角、航速的分析及水电站建成前后船舶航迹线对比分析,研究大埔水电站扩机工程(洛古水电站)建成后对大埔改扩建船闸通航的影响,并对过闸船舶最佳航线及驾驶方法进行总结。

光电非接触式表面流速测量

针对水工物理模型试验中尚无简单易行的表面流速测量方法,提出了一种新型光电非接触式表面流速直接测量法。在对光束入射水体后散射光强度公式进行推导的基础上,根据水体浅层泥沙浓度的统计继承效应,得出了经上下游浅层泥沙调制的散射光强成相关特性的结论。根据上下游散射光的相关特性,推导了流速测量公式,并分析了上下游测量间距、水流流速、采样率对测量结果的影响。搭建了实验系统,在6种不同标定流速下,分析了不同含沙量对测量精度的影响。实验结果表明,在0～50kg/m36种不同含沙量情况下,实测流速与标定流速的一致性均较好,但水体在10～50kg/m3适量含沙情况下,测量精度较不含沙情况有所提高,测量绝对误差均小于0.1m/s,相对误差能控制在8%以内。

大潮差河口闸下水流的流动特性分析

福建数座河口水闸发生剧烈淘刷,闸上游和下游的最大冲刷深度达到闸室高度的0.5~1.2倍,且屡修屡毁。有的水闸经多次除险加固后,不得不再花巨资重建。通过数学模型和物理模型揭示了河口水闸下游水位因受东海大潮差海潮影响发生剧烈波动时的变化规律,发现了水闸泄流过程中的间歇性淹没及非常工况甚至出现逆流的独特流动现象,给出了典型日孔流及堰流泄流能力动态变化过程线,分析了消能工变化对闸址水流结构的显著影响,并对水闸水毁修复前后闸下冲刷进行了预测。结果表明:水闸修复前闸下涨急最高水位4.53 m,修复后下降0.67 m,水闸修复后逆流现象减弱。修复后首次水跃位置往上游移动了35 m,平均水跃高度下降47.46%,闸后及二级池末端最大流速2.27 m/s和0.08 m/s,较修复前分别下降了40.58%和96.48%。常遇泄流条件下,水闸的淹没度和泄流能力呈现不断变化的动态过程。当西溪水闸62#先启孔全开,上游保持正常高水位3.2 m,下游为最低潮位-0.72 m时,修复后最大冲刷深度减少64.48%,消能防冲效果十分明显。研究成果对河口水闸安全运行具有一定的参考价值。

基于激光入射光斑识别的非接触式波高测量

为了实现水工物理模型实验中波高这一重要参量的高精度测量,提出了一种基于激光入射光斑识别的非接触式波高测量方法。构建了波高测量装置的图像成像几何关系模型,研究了波高测量装置主要参数的确定方法。根据激光入水二值化图像特征构造了激光入水特征模板,提出了激光光斑动态跟踪算法。最后,根据确定的结构参数与图像传感器参数,搭建了实验装置,对波高传感器进行了标定,并利用标定曲线对电动位移平台模拟的波浪进行了测量。实验结果表明:实测位移与电动位移平台设定的位移基本吻合,最大误差仅为0.65 mm。该方法基本满足水工物理模型实验波高测量的高精度、非接触与高动态性等需求。

基于拱形自浮拦截装置的典型漂浮物拦截效果对比试验

三峡库区漂浮物聚集和清理问题一直被广泛关注。针对山区河流汛期漂浮物堆积影响水工建筑物安全运行的难题,在充分考虑山区河流流速大、比降大、流态复杂等特点的基础上,开展了长江干线漂浮物调研和分类,研发了一种自浮升降式漂浮物拦截装置。通过水工物理模型试验对相同水流条件下的不同类型漂浮物在拦截装置前的聚集形态和堆积面积进行观测和分析。结果表明,漂浮物在装置前的聚集规律相似,均先快速聚集后少量减少,最终趋于饱和状态;不同类型漂浮物在装置前的堆积面积差异较大,多种漂浮物样品在装置前堆积面积最大,其次是树枝样品、皮革样品,布料和泡沫样品最少。

“一闸三线”工程跨海管道混凝土防护方案

该文以福建省平潭及闽江口水资源配置工程为实例,针对其中跨海坛海峡段管道工程南青屿附近区域跨海管道存在的悬空隐患提出跨海管道混凝土防护方案。采用基于MIKE21网格嵌套形式的数学模型进行混凝土防护方案实施前后潮流冲刷计算,采用水工物理模型研究混凝土防护方案实施前后南青屿段沟槽冲淤状况。结果表明,该混凝土防护方案可行性良好,可确保南青屿附近区域跨海管道长期稳定运行。

旋流式竖井整体三维数值模拟

该文通过建立Realizable k-ε紊流模型,分别采用VOF模型和Eulerian(欧拉)模型对旋流式竖井水力特性进行整体三维数值模拟计算。流态、压强及掺气形态等水力参数的计算结果与水工物理模型试验结果对比分析表明,在隐格式迭代方法条件下,VOF模型和Eulerian模型均可模拟旋流式竖井流场;在掺气形态数值模拟方面,Eulerian模型在一定程度上比VOF模型具有更好的模拟精度。

Theoretical study on boiling heat transfer in the Xi'an pulsed reactor

Boiling heat transfer condition has significance for pool-type research reactors cooled by natural circulation.It has important effect on the fuel element safety of reactor.On the basis of heat transfer characteristics of the Xi'an pulsed reactor(XAPR),fuel conduction,single-phase convection and boiling heat transfer,and void fraction models of the core are constructed.To validate the correctness of the physical models presented in the paper,numerical calculation based on a subchannel analysis method of XAPR is carried out,and the temperature fields are measured in some reactor coolant channels.The comparison between the calculated and experimental results verifies the effectiveness of the models.These physical models are used to calculate the thermal-hydraulic parameters of XAPR at the rated power(for XAPR the rated power is 2.0 MW in steady-state operation).The results indicate that subcooled boiling occurs in the XAPR core but it exhibits a subcooling degree which is considerably higher than that of saturation boiling.Subcooled boiling improves the efficiency of heat transfer between the fuel element surface and coolant,as well as effectively protects fuel elements.This research is also a beneficial reference in thermal-hydraulic analysis for other natural circulation reactors.