黏性沙级配对高速水流空化空蚀的影响

为研究黏性沙不同级配对高速水流空化空蚀的影响及机制,利用自主研发的小型循环式水洞试验装置,采用两条不同的黏性沙级配曲线进行较系统的试验研究。通过配置黏性沙小于某一粒径不同质量分数的挟沙水流,用压力动态数据采集系统实时量测水洞工作段空化区和空蚀区的压力;制作不同配合比的混凝土试件,使混凝土试件在黏性沙小于某一粒径不同质量分数工况下进行4 h的空蚀试验,以混凝土试件每小时质量损失表征空蚀量。结果表明:水洞工作段空蚀区各测点的时均压力和空化数随黏性沙小于某一粒径质量分数的减小而增大;混凝土试件空蚀量随黏性沙小于某一粒径质量分数的减小而增加;流速相同时,较高强度配合比混凝土试件的抗空蚀能力明显优于较低强度配合比的混凝土试件;较低流速下空蚀区主要位于试件前段,较高流速下则位于试件后段;试验所用黏性沙细颗粒比重越大,空蚀量越大。

黏性泥沙含沙量对高速水流空化空蚀的影响

为探究黏性泥沙含沙量对高速水流空化空蚀影响的机理,在小型循环式水洞中配制了不同含沙量的挟沙水流,用红外测沙仪测定了挟沙水流的含沙量,用压力数据采集系统量测了空化区及空蚀区各测点的压强,并求出空化数以分析空化发生的条件。为研究不同含沙量和不同流速情况下砼试件的空蚀情况,制作了7 d龄期、配合比为水灰比W/C=0.4,灰砂比C/S=1.5的砼试件,进行4 h的空蚀试验,空蚀量以砼试件每小时重量损失表示。试验结果表明:在黏性泥沙含沙量S=0~50 kg/m^(3)情况下,含沙量对空化空蚀的影响存在一个临界含沙量S=30 kg/m^(3),当含沙量S<30 kg/m^(3)时,砼试件的空蚀量随含沙量的增加而增大,表明含沙量对空蚀具有促进作用;当含沙量S>30 kg/m3时,砼试件的空蚀量则随含沙量的进一步增加而减小,表明含沙量对空蚀具有抑制作用。当流速增大时,空蚀程度也随之增大。

黏性泥沙粒径对高速水流空蚀影响的试验研究

在小型循环式水洞中对黏性泥沙粒径对高速水流空蚀影响的机理开展了试验研究。在水洞的水箱内筒中人工配制了含沙量s为12 kg/m^(3),中值粒径d 50分别为0.087,0.240,0.403 mm的3种黏性泥沙水样。为探究中值粒径对空蚀的影响,制作了不同配合比的混凝土试件,在空蚀区安装混凝土试件,使混凝土试件在不同中值粒径工况下进行4 h的空蚀试验,通过混凝土试件每小时的质量损失来表征空蚀量。试验结果表明:在含沙量s为12 kg/m^(3)工况下,水洞空蚀区各测点的压强和空化数随中值粒径的增加而升高,促进了空蚀的发生;当混凝土试件配合比、龄期不变时,混凝土试件的空蚀程度随中值粒径的增大而加深,空蚀范围扩大;当喉部流速提高时,空蚀则进一步扩大。较高强度配合比(水灰比=0.40,灰砂比=1.5)的混凝土试件在不同中值粒径时的抗空蚀能力优于较低强度配合比(水灰比=0.45,灰砂比=2.0)的混凝土试件。

浅谈高速水流冲击下深井泵的载荷分析与改造

某电站海工隧道入口滤网反冲洗泵由于设计阶段未考虑设备所在位置高速水流冲击的影响,导致泵组运行期间出现井下部分水力部件断裂,造成系统失效。通过采用ANSYS有限元分析方法,分析了泵组井下部分水力部件断裂原因;通过CFD模拟海工隧道流场条件,进行了泵组应力分析;结合上述分析制定了泵组的改造方案,并成功实施改造,解决了水流冲击对泵组的破坏性影响,保证了系统的可靠性。

某电站高速水流过流面混凝土缺陷修补技术应用

各类水电站在完工运行中过流面受高速水流冲刷,均出现不同程度的缺陷,为保障电站安全稳定运行,缺陷修补亟待解决。文章以雅砻江流域某电站泄洪坝段及消力池受高速水流冲刷出现缺陷病害为例,介绍了几种混凝土缺陷修补常用技术。

高速水流中旋涡空化所引起的空蚀和振动

为了研究旋涡空化所引起的空蚀和振动观象以及二者的关系,采用高速摄影的方法,观察了发生在射流放水阀山部的空化形态。采用快速富里叶变换（FFT）分析了空化所引起的振动。采用失重法,进行了空蚀实验。结果表明,旋涡空化能引起严重的空蚀和剧烈的振动。在旋涡空化发展的个同阶段,其所导致的振动和空蚀呈观了个同的特性。当Sσ>0.74时,随空化数的变化,振动和空蚀呈现了相同的变化趋势,但是,在0.50<σ<0.74的范围内,振动和空蚀呈现了相反的变化趋势。这是由于水流中空化旋涡的数目和形态随空化数的变化,以及旋涡空化引起振动和空蚀的机理不同所造成的。

由硅粉混凝土应用中存在的问题论高速水流护面材料选择的原则与要求

本文总结了硅粉混凝土在工程中应用所出现的和易性差、施工难度大、裂缝等问题,是一些工程应用硅粉混凝土在高速水流作用下发生严重破坏的直接原因。认为选用抗冲耐磨护面材料时要符合以防空蚀为主的原则,不能偏面追求抗磨抗空蚀指标而忽视混凝土的施工性能及抗裂性能,提出了选择高速水流护面材料时应注意的事项。

掺气挟沙对高速水流边界剪切力特性影响的分析

在高速水流循环系统中，用自行研制的剪切力传感器分别量测了清水、掺气水流及挟沙水流壁面上的剪切力；实验表明，含沙掺气高速水流壁面剪切力的脉动值的概率密度函数分布基本符合正态分布规律；文中根据实测资料，分析了剪切力的时均值和脉动值与水流速度的关系；讨论了掺气及含沙量对壁面边界剪切力的影响；在同一流速下，剪切力的时均值及脉动值随着含沙量的增加而略有增加，随着掺气浓度的增加而降低．

大型超高速水流泄洪隧洞安全运行的水力控制

依托锦屏一级水电站泄洪隧洞的水力学模型试验,介绍了其安全运行的水力控制因素,包括进口漩涡特性和消涡措施、掺气减蚀以及出口消能等问题。研究成果表明,对于大型超高速泄洪隧洞,在优化设计的基础上,还需控制运行方式,才能达到安全运行的目的。

水工混凝土高速水流空蚀破坏机制试验研究

基于Venturi空化空蚀发生装置,开展了混凝土材料高速水流空蚀试验研究,探讨了空化泡溃灭区水动力荷载特性及影响因素、不同空化荷载作用下混凝土材料的破坏特征及空蚀破坏发展进程。研究表明,空化泡群溃灭在混凝土壁面产生高频、持续、非恒定的脉冲荷载,试验条件下实测主作用区荷载幅值为400~800 kPa,混凝土材料发生疲劳破坏可能性较大;混凝土材料空蚀破坏经历表面水泥浆到细骨料再到粗骨料逐渐发展的过程,表现为各种成分之间的剥离脆性破坏,各成分间的粘结强度是混凝土抗空蚀性能的主要影响因素;从空蚀形貌及蚀损面积看,空蚀过程可分为初期表面小的蚀坑并不断扩大、多个蚀坑连通表面加速破坏、大的空蚀区域边界稳定扩展三个阶段。

大比降高速水流排水管水力计算

大比降排水管水流通常为高速水流,其水力设计已经超过排水设计规范范畴。以实际工程为例,指出该类管道不宜按照有压管路或明渠均匀流计算公式进行水力计算,应按照掺气水流计算,这为实际工程设计提供了参考依据。

γ射线在高速水流模型测试技术中的研究与应用

采用γ射线吸收法测量高速水流掺气量和雾化浓度。这一技术用于高速水流模型试验研究中沿程不同断面掺气浓度分布测定,泄洪雾化模型试验中雾化浓度分布场的实测,成为水工模型试验中一种有效测试手段。

含沙高速水流的磨蚀机理和掺气抗磨作用

含沙高速水流易引起过流面材料的磨蚀破坏。本文探讨了泥沙磨蚀机理,提出了影响磨蚀的因素;基于紊流猝发理论,建立了混凝土材料壁面磨蚀率的计算公式;根据试验数据导出了掺气水流中混凝土材料壁面磨损率的经验公式。研究表明,含沙水流对固壁材料的磨蚀率随掺气浓度、材料强度的增大而减小,随水流流速、含沙量的提高而增大。利用掺气可有效地降低过流表面的泥沙磨蚀率。

高速水流下新型高抗冲耐磨材料的新进展

随着西部大开发和西电东送发展战略的实施,我国要兴建一批大型高水头电站,其泄水建筑物泄流流速均达40～50m/s,对抗冲磨混凝土和过流面抗冲耐磨防护材料的性能提出了更高的要求,促进了水工抗冲耐磨材料的发展。近年来在新型高抗冲磨材料研究方面取得的进展主要包括:多元胶凝粉体新型抗冲磨混凝土的开发研究;降低高强抗冲磨混凝土体积收缩技术措施的研究;“海岛结构”环氧树脂合金抗冲磨防护材料的开发研究;聚脲高抗冲耐磨防护材料和喷涂技术研究;圆环高速含沙水流冲刷试验仪的研制等。

含沙量对高速水流空蚀影响的试验研究

本文在小型循环式水洞中试验研究了含沙量对高速水流空蚀影响的机理。首先,在小型循环式水洞的水箱内筒中人工配制了低含沙量、中含沙量、高含沙量的挟沙水流,用红外测沙仪测定了挟沙水流的含沙量,用压力动态数据采集系统量测了不同含沙量时空蚀区的压力;其次,为了探究含沙量对空蚀和磨蚀的影响,制作了不同龄期、不同配合比的混凝土试件,分别在空化区和空蚀区安装混凝土试件,使混凝土试件在不同含沙量工况下进行5 h的空蚀和磨蚀试验,通过混凝土试件每小时的重量损失来表征空蚀量和磨蚀量。试验结果表明:中值粒径d_(50)=1.09 mm(沙粒),含沙量S=0~30 kg/m^(3)工况下,水洞空蚀区各测点的压力和空化数随含沙量的增加而升高,促进了空蚀的发生;混凝土试件配合比、龄期不变时,混凝土试件的空蚀程度随含沙量的增加而加剧,空蚀范围扩大。较高强度配合比的混凝土试件在不同含沙量时的抗空蚀能力优于较低强度配合比的混凝土试件,且含沙量越高,其抗空蚀能力的差距越明显;随着养护时间的延长,混凝土试件在不同含沙量的抗空蚀能力也在增强;相同试验历时的混凝土试件磨蚀量远小于空蚀量,意味着含沙高速水流对混凝土试件的空蚀作用远大于泥沙的磨蚀作用。

基于内聚力模型的高速水流聚脲基涂层剥离破坏模型研究

冲磨和空蚀破坏是水利水电设施最为常见的病害之一,严重影响水利水电设施的安全运行和效益发挥.泄洪建筑物通常喷涂聚脲基涂层来提高抗冲耐磨性能,但在泄洪高速水流速度作用下抗冲磨聚脲基涂层的剥离破坏机理的研究尚属空白.本文基于高速水流的流态形式,提出了高速水流对泄洪建筑物的力学作用模型,水流作用对泄洪建筑物的载荷主要包括拖曳力、冲击力、脉动力和上浮力;采用内聚力模型表征聚脲基涂层与泄洪建筑物防护体界面的剥离破坏过程,建立了高速水流聚脲涂层的剥离破坏模型,给出了模型的有限元形式方程、本构关系以及损伤起始原则、演化原则和接触碰撞模型.通过聚脲涂层与混凝土基底的剥离破坏试验,分析了不同剥离倾角下界面剥离破坏的拉应力与倾角之间的变化规律,得到了聚脲涂层剥离破坏过程中应力-位移变化关系.根据剥离破坏试验计算了界面剥离破坏断裂模型参数,采用数值方法对模型进行了验证,试验结果与模型计算结果吻合良好,为泄洪建筑物的抗冲耐磨设计提供理论依据.

高速水流冲刷仪的研制和混凝土冲磨机理的研究

新冲刷仪能够模拟高速水流对混凝土的冲磨情况。本文介绍了新研制的高速水流冲刷仪的设计、组成和修改调试,并使用其进行了高速含砂水流对混凝土的冲磨试验,研究了不同配比混凝土在高速水流条件下的抗冲磨性能和规律。通过试验得出,水流速度越高,水流对混凝土的冲磨效果越明显;骨料的硬度和耐磨性对混凝土的抗冲磨性能起明显的作用,其中铁矿石骨料好于花岗岩骨料,花岗岩骨料好于石灰岩骨料。试验还证明,新冲刷仪能够有效地对不同强度等级以及不同骨料的高强抗冲磨混凝土的抗冲磨性能作出比较。

高速水流冲击弹性边界结构问题的试验研究

针对水下航行体出水过程空泡溃灭问题,依据水发射试验装置,设计一套试验方案,研究高速水流冲击弹性边界结构的现象。研究结果表明:高速水流冲击弹性边界时,随着弹性边界工装厚度的增加,压力脉冲脉宽逐渐减小,压力脉冲幅值逐渐增大,其增大部分主要是由于刚度较大产生的高频振荡部分。将数据分析频率窗口降低至500Hz,去掉高频振荡成分时,弹性边界厚度增加,压力脉冲幅值逐渐减小,其原因主要是流场与结构的强耦合造成。

平甸河水库溢洪道高速水流流态试验研究

高速水流对边界条件十分敏感,由此所产生的冲击波、水流掺气以及空蚀等,对水工建筑物的正常(上接第101页)致该槽段产生冲击波并向下游传送;二则收缩段底坡过运行非常不利。通过水工模型试验,解决了平甸河水库溢洪道泄水陡槽高速水流流态问题。大,加剧了流态的进一步恶化;

美国科罗拉多河高速水流实验对下游水生生态系统的影响及启示

科罗拉多河的适应性管理处于世界领先水平。美国为研究格伦峡谷大坝对下游水生生态系统的影响而进行了3次高速水流实验,取得了显著的生态效益,也积累了许多宝贵经验。分析显示,利益相关方参与是该实验成功的体制保障,跟踪监测与评估是实验成功的技术保障,闸坝适应性调度是河流保护与管理的有效手段。该实验的实施过程和效果对我国闸坝调度有许多有益的启示。例如,对下游水生生物和湿地生态系统的保护应作为闸坝调度的目标之一,应加强闸坝适应性调度的实验和研究,促进利益相关方参与河流保护与管理。