高雷诺数下倒虹吸闸墩绕流水力特性

为研究倒虹吸出口闸墩绕流特性,以南水北调某典型倒虹吸为例,基于Flow3D软件建立倒虹吸模型,根据现场原型实测水位、流速进行模型验证;利用该模型模拟了雷诺数6.17×10^(6)~9.38×10^(6)范围下闸墩绕流特性。结果表明,高雷诺数条件下,随着雷诺数的增加,闸墩绕流造成的液面波动幅度增加,中墩液面波动显著大于边墩;闸墩后的尾涡量持续增加,雷诺数对斯特劳哈尔数影响不大;边侧闸墩受力的非对称性明显,边墩闸室间特征流速偏流比存在先增大再减小的变化规律,偏流效应造成的离心距不断增加。本研究可针对性改善输水工程水流流态。

基于双向流固耦合的倒虹吸管道水击压力波与拱式桥架组合结构动力响应分析

在大跨度倒虹吸管道中有压闸阀关闭时通常伴随着水击现象,当水击发生时,流体与固体的耦合作用同时存在。为研究发生水击时,不同关阀时间下的压力波与考虑耦合作用时结构的动力响应情况,以大跨度倒虹吸管道与拱式桥架结构为研究对象,进行整体水力计算,基于流固耦合分析理论,将整体水力模型计算得到的水击压力波作为流体部分加载条件,在workbench平台上进行双向流固耦合分析求解桥架结构的位移、内力及应力动力响应结果。结果表明:不同关阀时间工况下,水击压力波曲线的变化趋势大致相同,结构各监测点的位移时程曲线同水击压力波曲线规律基本吻合;阀门匀速关闭时,增加闸阀的关闭时间可以作为降低倒虹吸管道水击压强的有效措施;水击力对桥架管道的影响最大,盖梁次之,拱圈最小,结构以发生顺桥向动力响应为主。

过活断层倒虹吸地面压力管结构型式比较研究

以往对过活断层倒虹吸地面压力管道研究,往往只单独研究钢衬钢筋混凝土管和明钢管两种结构型式,具体哪种管型更为合适尚无比较。采用有限元方法,通过建立地面钢衬钢筋混凝土管和明钢管两种管道有限元模型,对比分析了两种管道型式过活断层倒虹吸在断层蠕滑变形、黏滑变形以及地震作用下的位移和应力。研究结果表明:①钢衬钢筋混凝土管和明钢管管线中布置多个波纹管伸缩节后,均能较好适应断层蠕滑变形;②两种管道结构位于主断层范围的波纹管伸缩节在断层黏滑变形作用下变形均在100 mm以上,设计难度大;③地震作用下,在主断层范围内的钢衬钢筋混凝土管虽然位移大,但地震引起的应力较小,而明钢管在固定支座处的受力情况明显恶化;④综合多种工况的计算结果,钢衬钢筋混凝土管的受力情况比明钢管更优秀,但明钢管具备运行期检修复位的条件,两种管道方案各有优劣,应根据工程具体需求合理选择管道结构型式。

引大入秦景泰段输水工程渠系建筑物选择及其水力计算

结合引大入秦延伸增效景泰段输水工程的建筑物选择,在不同工况条件下,进行渠道及渠系建筑物的水力计算,特别是系统有富裕水头时,将富裕水头按流量增加合理分配,可使倒虹吸工程在多种工况下均能平稳高效运行,为类似工程提供计算思路。

倒虹吸非线性有限元分析

结合南水北调中线工程河南段某大型倒虹吸结构,运用有限元软件ANSYS,采用整体式配筋模型,对结构管身几种不同特殊工况进行非线性有限元受力情况进行分析。分析结果表明:当压实回填后结构内无水和停水检修时对结构最不利,最不利位置发生在结构跨中内侧,在设计和施工中应采取有效措施。

引水工程交叉建筑物结构性态互相影响分析

引调水工程不可避免地存在建筑物交叉跨越的情况,交叉建筑物结构性态关乎工程能否安全运行。依托河南省某输水工程,考虑输引水过程中土体—水体—结构间的耦合作用,建立南水北调中线工程倒虹吸和输水工程中输水管道结构交叉跨越的三维有限元模型,分别考虑结构未修建、完建期和正常运行期,分析各模拟工况下交叉建筑物结构性态影响。结果表明,建筑物交叉跨越会对既存建筑物产生一定影响,尤其是交叉部分结构性态改变较大,倒虹吸结构最大拉应力由0.54 MPa增至0.97 MPa,最大沉降量由-1.38 mm增至-1.90 mm;输水管道拉应力从1.03 MPa增至1.34 MPa,最大沉降量由-3.78 mm增至-4.07 mm,应力值、沉降量可满足工程要求;随着输水管道两道支承埋深增加,倒虹吸所受影响越小。研究结果可为类似工程分析提供参考。

倒虹吸水力特性研究进展

倒虹吸是一种工程量小、施工方便、造价成本低的交叉输水建筑物,在我国输水工程中有广泛的应用。通过查阅国内外倒虹吸水力特性研究资料,介绍了倒虹吸的基本构造和布置形式,同时分析了倒虹吸水力特性的研究意义,并根据倒虹吸水力特性的不同研究方法对国内外学者的研究成果展开了分析。大量研究表明:倒虹吸的基本水流流态和水头损失的计算方法在大型倒虹吸研究中存在部分局限性,复杂条件下倒虹吸的水力特性仍需要深入研究;现有研究中大流量倒虹吸水力特性成果十分有限,未来该方面的研究将会是重点;目前多研究方法互相验证是研究倒虹吸复杂条件下水力特性的主要手段之一;已建成倒虹吸的维护与修缮技术也需要关注。在满足工程实况需求与学科发展需要的前提下,可以认为未来倒虹吸的研究将主要集中于复杂条件下大流量倒虹吸研究和倒虹吸与计算机多学科交叉研究,以期为后续倒虹吸水力特性的研究提供一定的借鉴。

驮英灌区东干渠输水工程PCCP水压试验的方法

在长距离倒虹吸工程预应力钢筒混凝土管安装施工完成后,需对管道进行水压试验,以检验施工安装质量,确保满足管道在后续运行中的使用功能。笔者以广西驮英灌区东干渠输水工程东门倒虹吸为例,对长距离大口径预应力钢筒混凝土管水压试验段划分、分段处堵板和后背设计以及试验压力确定进行论述,详细阐述分段水压试验方法和步骤。试验结果满足规范及设计要求,并有效地检验管道安装质量,为以后类似工程积累经验,具有一定的参考价值。

南水北调中线槐河(一)倒虹吸工程地质条件分析

按初步设计阶段的勘察精度对槐河(一)倒虹吸进行了勘察,根据勘察资料,对建筑物区的水文地质工程地质条件及存在工程地质问题进行分析、总结及评价,给设计人员提供可靠的岩土体物理力学参数及地基处理措施建议。

南水北调中线总干渠白河倒虹吸水毁修复设计探讨

文章针对白河倒虹吸水毁状况和水毁成因,结合砂砾石河床地质条件,提出了对倒虹吸管身段上游垂直和水平防护、顶部防护、下游消力池、末端护坦和防冲槽工程修复防护措施以及对河道两岸采用坡式护岸工程的防护设计,解决了水毁修复和主槽防护设计技术方案难题,得到了较好的效果,可供相关单位对类似工程防护设计时参考。

滇中引水工程水力特性分析——多通道倒虹吸水力控制

滇中引水工程观音山倒虹吸长达9.8 km,输水流量达100 m^(3)/s,采用3根4.2 m内径的压力钢管输水。在满足输水流量的同时需要保证倒虹吸进口一定的淹没深度,避免进口掺气等不利水力现象。为简化调度运行提出不同输水通道数匹配输水流量级别、节制闸与溢流堰联合控制的方式,实现出口节制闸仅全开或全关两种运行状态。

南水北调典型倒虹吸防冰塞安全运行试验

研究倒虹吸等局部水工建筑物的防冰塞安全运行条件对于南水北调输水工程的冰期安全运行有着重要的意义。通过真冰条件下的倒虹吸冰水动力学试验,模拟了不同水力条件时冰块在倒虹吸进口前的堆积和演变过程,得到了倒虹吸防冰塞安全运行时各相关水力参数间的关系。根据实验结论对南水北调中线工程京石段倒虹吸的冰期输水能力和调控进行了分析,为该输水工程倒虹吸冰期的安全运行提供参考。

南水北调中线工程典型倒虹吸进口上游垂向流速分布

倒虹吸是输水工程中常见的水工建筑物,研究倒虹吸进口上游的垂向流速分布是明晰其水力学性能的重要内容之一。以南水北调中线工程典型的唐河倒虹吸为研究对象,通过水力学概化模型试验,运用声学多普勒流速仪,实测不同水深和流量组合工况下倒虹吸进口上游的垂向流速分布。试验结果表明,受倒虹吸进口结构的影响,上游垂向流速分布呈现出明显的顶部流速降低和底部流速增加的现象,且淹没度越大、距离倒虹吸进口越近,上述趋势越显著;采用明渠对数型流速分布描述上述垂向流速分布时,其计算误差呈抛物线型分布,采用指数项修正后,新的修正公式可用于计算倒虹吸进口上游垂向流速分布。

南水北调工程主要输水建筑物的水力学研究

阐述了南水北调中线工程主要输水建筑物多年来进行的水力学试验成果,其项目有:水源工程丹江口大坝加高,引水枢纽陶岔渠首水闸扩建工程,输水总干渠的漳河渡槽等6项。研究内容包括泄水能力、消能防冲、水流形态、压力、水头局部损失等。还介绍了国内混凝土渠道的糙率调研及3条渠道糙率的原型观测成果。这些成果为设计提供了可靠的依据,并指出其中的有些问题应进一步研究。

南水北调中线工程倒虹吸管道水力学试验研究

通过对南水北调中线工程总干渠西赵河倒虹吸的水工模型试验研究,对此类大型渠道倒虹吸的水力特性有了充分的认识,并给出了两类大型倒虹吸管各段的阻力损失分布及沿程阻力系数和局部阻力系数。通过水头损失计算值与实测值的比较,两者十分接近。为此类大型倒虹吸特别是南水北调中线工程中倒虹吸的设计和运行管理提供了依据。

西北某大型倒虹吸工程设计分析

西北某大型倒虹吸工程设计水头高达300m,输水压力管道长度达2 500m,属于大型倒虹吸工程。由于原工程已不能满足安装使用要求,因此需重建倒虹吸。为了保证倒虹吸工程安全可靠的发挥效能,结合当地的地形地质条件和原工程的使用及管理情况,分析了高水头长距离倒虹吸工程的设计特点,研究了倒虹吸工程的管线布置、管材和管径选择、管壁厚度的确定、伸缩节形式的确定以及加劲环和支撑环设计时注意的问题。综合考虑各种因素,并经比较和计算,基本可选用在原管线上重建,设计时可选用管径为800mm、压力分级可为五级、管壁厚度在8~16mm之间,伸缩节可采用套筒式伸缩节,盘根填料采用聚四氟乙烯石棉,支墩间加劲环间距和位移计算宜采用有限元计算来确定。

三个泉倒虹吸充水过程水力特性的数值模拟

为保证三个泉倒虹吸安全可靠地运行,采用计算流体力学软件FLUENT模拟研究其充水过程中的水力特性。对充水流量10、14m3/s两种工况不同时刻的水气二相分布采用VOF法进行捕捉,采用有限体积法分析计算速度分布及压强等。结果表明,两种工况均需要调节下游闸门以确保倒虹吸在正常水位下运行,且充水流量为14m3/s时还需保证空气能被排气阀完全排出,因此三个泉倒虹吸充水采用较小流量(Q≤10m3/s)并控制下游闸门,可保证其安全运行。

倒虹吸有压弯管的局部水头损失系数计算方法比较

有压弯管局部水头损失计算在倒虹吸等过水建筑物设计中至关重要。其中,转弯角和转弯形式是影响局部水头损失系数取值的重要因素。本文通过比较分析典型的有压弯管局部水头损失系数计算公式,结合水工模型试验资料的验证,考察了不同计算公式的性能。对小转弯角(<20°)情形,分析了转弯半径和转弯形式对局部水头损失系数的影响。结果表明,转弯角小于17°时,折弯管的局部水头损失系数不大于圆形缓弯管,在低水头、大流量的输水工程的倒虹吸设计中可以考虑采用折弯管形式。

含有窝气的虹吸整流输水管道水力损失计算与试验研究

为了研究输水管道窝气对管路水力损失的影响,对1套包含小坡度长下坡段的管路系统分别在自然重力进流、低虹吸进流、高虹吸进流(虹吸进口装有整流装置)条件下进行管道满流与带气试验测量.创新建立窝气阻力系数β定量表示窝气阻力造成的水力损失增加,提出了整个管路窝气阻力系数的计算公式.基于试验数据分析了不同进流方式在带气与不带气条件下的管路阻力特性,并验证了窝气形成气阻机理的存在.研究结果表明:输水管道窝气会减小管道有效过流面积,造成管路水力损失显著增加,且管道的高低起伏越多,管路中弯头、变径管件数量越多,管道窝气阻力系数β越大;虹吸式进流在整流装置的作用下,较自然重力式进流会降低管道摩擦系数,并且高虹吸下的水力摩擦系数最小;通过合理设计,虹吸整流装置的多孔结构可以根据管道流量的大小不断自动调节其自身的阻力和开度,有效控制管道入口进气.

液控蝶阀和超压泄压阀对水锤联合防护效果分析

以山西省长治市庄头泵站为例,针对供水工程倒虹吸管段出现的水锤压力过大的情况,采用数值模拟的方法,分别模拟了两阶段关闭液控蝶阀单独防护水锤、超压泄压阀单独防护水锤与液控蝶阀和超压泄压阀联合防护水锤的压力管路情况。对比分析了3种防护措施下的管路技术指标。分析结果表明:两阶段关闭液控蝶阀单独防护水锤与超压泄压阀单独防护水锤的效果均不明显,管路最大水锤压力仍不满足规范要求;而采取液控蝶阀和超压泄压阀的联合防护措施,能够有效地降低水锤压力,保证供水工程的安全运行。提出的液控蝶阀和超压泄压阀联合防护水锤的方法,可以为庄头泵站的安全运行提供技术支持,同时,也可为其他类似泵站的水锤防护提供参考。