茨哈峡水电站泄洪洞旋流竖井段体型水力特性研究

为探究竖井旋流泄洪洞在高水头大泄量条件下的水力特性,以茨哈峡水电站为背景,进行竖井旋流泄洪洞的水工模型试验,通过比较不同衔接段体型涡室壅水和竖井底板的脉动压强,以获得上平段与涡室衔接段和竖井与导流洞衔接段的推荐体型。基于VOF模型,采用三种紊流模型对推荐体型水力特性进行数值模拟。研究发现,竖井内旋转水流的水层厚度分布不均,旋转水流切向流速的衰减梯度从上到下逐渐降低,在竖井前半段,轴向流速随竖井高度的降低增加较快,竖井中下段,主流水体的轴向流速增加明显,而副流水体增加缓慢;竖井旋流泄洪洞各部位消能差异大,竖井起始部位主要消去涡室来流的初始切向动能,中间部位主要消去旋转水流的轴向动能,下半部位利用环状水跃和消力井消去旋转水流大部分的剩余动能。Realizable k-ε紊流模型更适合模拟超高水头、大泄量、强旋转并带有自由液面旋转水流的水力特性。

切向入流旋流竖井在深圳市前海-南山排水深层隧道中的应用研究

为探究切向入流旋流竖井的水力特性,采用物理模型手段,结合深圳市前海-南山排水深层隧道中郑宝坑渠旋流竖井方案,研究旋流竖井内的水流流态、消能特性、排气效果及特征压力值。结果表明:各工况下进口位置处水流逐渐形成水翅,进入竖井后沿内壁形成螺旋跌落流,水流流态较好,当竖井流量极小时竖井内无法形成螺旋跌落流,水流进入竖井后呈射流形态跌落至竖井底部;旋流竖井总消能率在81.9%~89.5%之间,消能率随着流量的增大而逐步减小;旋流竖井相对于传统水工旋流竖井,具有消能效果好、结构简单等优点,在城市深层排水系统中具有较大的应用空间。

旋流竖井泄洪洞水力学特性及泥沙输移特性研究

基于RNGκ-ε双方程紊流模型并结合VOF两相流模型,通过模型试验和数值模拟分析了双涡室旋流竖井流态、流速、压力、消能、空化和泥沙输移特性。结果表明,模拟结果与试验值吻合程度较好,涡室段通过掺气坎补气,掺气更加充分,降低了发生空蚀破坏可能性;实测消能率达到75%以上,消能效果较好;不同粒径泥沙在不同流量下在竖井底部存在泥沙淤积,使得消力井深度减小,小流量运行时淤沙最高可达到消力井深度的72%,但经过一次大洪水后泥沙被清空,淤沙高度降低为井深的1.6%,使旋流竖井保持有足够的消能水垫,不会影响其正常运行。在实际工程中,控制拦污栅大小,避免大颗粒泥沙进入泄洪洞导致拥堵,实践中可通过改变运行方式来控制消力井淤沙高度,使其有足够富裕的水垫深度来满足旋流竖井设计和正常运行要求。

旋流竖井起旋室水气两相流数值模拟研究

起旋室是旋流竖井泄洪洞的主要组成部分,为克服传统模型试验对空腔旋流的量测限制,利用RNG k-ε湍流模型对起旋室内气液两相流进行数值计算,获得起旋室内旋流运动的水力特性。计算结果表明近壁面压强沿流程增大,断面压强沿半径趋近线性增加,压强等值线呈现以起旋室中心为圆心的同心圆分布;起旋室同一断面上轴向流速随半径r先减小后增大,切向流速随半径先增大后减小,表现出组合涡分布特征;组合涡指数n处于-0.4~1之间且随半径增大而增大,表明水流从准自由涡主导转变为准强迫涡主导;起旋室内水流运动主要为切向和轴向运动为主,且沿程由切向运动主导逐渐向轴向运动主导转变,与旋流角α沿程变化特征相符合。

高地应力强卸荷下大直径旋流竖井施工技术

针对高地应力区旋流竖井爆破过程出现的片帮和岩爆等问题,依托某水电站泄洪系统,对旋流竖井施工进行研究。为了保证穹顶结构稳定,穹顶中部保留直径为6m,先依次围绕岩柱环向分层爆破穹顶其他范围,再依次分层爆破岩柱;直线段涡室利用原有下平洞,在上平段底采用反井钻法施作直径为2m的溜渣导井,以此释放一部分地应力,直线段涡室沿平面方向划分两个区域,依次分层进行爆破施工;变截面涡室分层每爆破一个循环进尺,直径缩小0.25m;涡井划分层进行爆破施工。通过旋流竖井分区、分台阶、分层的顺序进行爆破,同时配合溜渣导洞、溜渣导井出渣的施工方法,可有效降低开挖阶段片帮和岩爆等风险,确保旋流竖井的顺利施工。

计及陀螺效应的高速齿轮轴系涡动现象及临界转速分析

高速齿轮轴系由于不平衡量等因素受陀螺效应会产生较大弯矩存在潜在共振危险,计及转轴及齿轮轮体陀螺效应,分别采用梁单元法和有限元法建立某型共轴高速直升机传动系统高速输入轴系模型,系统研究高速齿轮轴系不同振型的涡动现象,结合临界转速坎贝尔图,对比自由与约束模态和约束模态下不同轴承刚度对临界转速数值影响。结果表明:高速齿轮轴系扭转和伸缩振型在自由及约束模态均不会产生涡动,弯曲、节径等横向振型产生明显涡动现象,且在约束模态下涡动现象减弱;临界转速数值随约束模态轴承刚度增加呈增大趋势。在高速齿轮轴系临界转速准确计算中,轴承刚度及陀螺效应影响不可忽视。

中小型民用涡轴发动机技术发展初步研究

本文介绍民用涡轴发动机的需求和发展现状,归纳总结当前世界先进中小型涡轴发动机总体及部件技术发展特点,并对中小型民用涡轴发动机的未来发展趋势进行展望:未来先进中小型民用涡轴发动机正在向高热力循环参数和低污染排放方向发展,发动机的增压比将达到20~25,燃烧室出口燃气温度将达到1600~1800K,耗油率将达到0.24kg/(kW•h)以下,单位功率将达到360kW/kg/s以上,氮氧化物、一氧化碳、未燃碳氢等污染排放进一步降低,同时经济可承受性将进一步提高。

基于RSS-ERT的智能决策系统在涡轴涡桨发动机控制系统机械液压产品试验领域的设计与应用

控制系统机械液压产品是涡轴涡桨发动机控制指令的重要执行元件,其生产装配完成后需要使用专用试验设备进行性能调试,调试合格后方可装配发动机。由于控制系统机械液压产品结构复杂,调试过程烦琐,对试验操作人员的技术水平要求较高,须构建一套基于放回取样策略-极端随机树(Return Sampling Strategy-Extreme Random Tree,RSS-ERT)的智能决策系统。通过在调试过程中采集试验数据并根据产品性能反馈调试决策,降低了调试过程对试验操作人员的技术依赖,提高了调试效率。选取某型号燃油调节器进行系统功能验证,结果表明智能决策功能反馈准确,能够满足使用需求。

下游高水位条件下导流洞改建为旋流竖井式泄洪洞的水力学问题研究

导流洞改建为旋流竖井式永久泄洪洞后 ,由于泄洪标准提高 ,对于某些大型工程 ,如小湾、溪洛渡等会遇到下游水位过高的技术难题 ,由于洞顶被淹没 ,泄洪洞内会出现水跃、不稳定气囊等不利流态 ,必须采取适当的工程措施进行调整与控制 .作者在小湾工程大型导流洞改建为旋流竖井式泄洪洞的试验研究中提出采用竖向压板技术优化洞内流态 ,并以多孔平板技术解决导流洞出口的排气问题 ,使这一难题得到较好解决 .

淹没型旋流竖井泄洪洞流态过渡的数值模拟研究

旋流竖井泄洪洞的工程技术难题之一是:高尾水位淹没出流时的泄洪洞排气难,出口易发生气爆。对此,采用数值模拟的方法,结合某泄洪洞工程开展了相关的研究,获得了各个流段不同的水流流态、流速、压强以及消能率的沿程分布和特性,计算结果与实验结果符合良好。分析了水流由强紊动掺气状态过渡到有压流动状态的转换机制及其对结构的影响,研究表明,泄洪洞内水平段可分为掺混消能区、气泡逸出区、气体排出区和平稳流动区,其中掺混消能区是消杀能量的主要区域,该新型旋流竖井泄洪洞在淹没条件下,气体能够顺利排出,流态转换平顺,压强分布平稳,可为类似工程参考。

竖井旋流泄洪洞竖井壁面新型掺气方式试验研究

针对传统的旋流竖井泄洪洞在高水头大流量运行过程中,存在发生壁面空化空蚀的风险,提出壁面全程掺气旋流竖井。通过试验,对竖井段掺气水流的流动特性进行了研究,对竖井壁面的压力、空腔长度,掺气浓度进行了测量。结果表明,采用这种新的掺气方式,竖井沿纵向全程产生了稳定的掺气空腔、掺气效果明显,整个竖井壁面均为含气浓度较高的掺气水流,减免了整个竖井壁面出现空化空蚀破坏,并且竖井壁面压力稳定,不会对竖井壁面的结构安全造成影响。

超临界流旋涡竖井式溢洪道设计研究

结合沙牌等工程对旋涡式竖井溢洪道的水力学特性进行了试验研究。提出超临界流的涡室优化体型，给出确定涡室和竖井等尺寸的经验公式，并通过流体力学理论方法加以论证。

旋流式竖井环形掺气坎的掺气空腔计算

通过试验对旋流式竖井的竖井段流速、压强等进行测量,计算了水流空化数。通过分析,明确了有必要在高水头旋流式竖井泄洪洞中设置掺气减蚀设施。针对旋流竖井环形掺气坎掺气空腔长度的计算问题,从旋流式竖井中水流微团的运动特点出发,运用抛射体理论,推导出旋流式竖井环形掺气坎掺气空腔长度的计算方法,同时将计算结果与试验数据进行了对比,表明给出的计算方法具有一定的精度,可供工程设计参考。在设置环形掺气坎后,对下游竖井段时均压强影响较小,脉动压强有所增大但频率分布以5 Hz以内的低频为主,不会对井壁构成威胁。

BTA深孔加工中流体力引起的钻杆涡动的研究

分析了BTA深孔加工中钻杆和工件内孔壁间由于切削液的存在而引起的旋转钻杆涡动问题。首先以非线性形式给出了钻杆旋转时受到的切削液反作用力,然后建立了有流体力作用时钻杆运动的数学模型,分析了切削液引起的钻杆涡动和失稳的力学机理与条件,证明了失稳的主要原因是自激振动,而激振力引起的次谐振是次要原因。通过分析失稳与钻杆运动参数的关系,得出了对生产实践有指导意义的切削用量选择准则,理论分析结果与实际生产中使用的数据一致。

竖井进流水平旋转内消能泄水道流速分布的试验研究

本文从分析图 1所示的竖井进流水平旋转内消能泄水道的基本流态与泄流量变化规律出发 ,对该种泄水道的流速分布提出假定 ,并给出具体表达形式。根据试验量测资料 ,对轴向流速、环向流速及有关物理量的变化规律进行了分析与研究 ,这对该种泄水道水力特性的分析。

竖井旋流泄洪洞的水力设计

本文通过前人关于竖井旋流消能成果的总结及公伯峡水电站竖井旋流消能成果的分析,提出了一套完整的水力设计方法,可供设计者及研究人员参考使用。

吉音水利枢纽竖井旋流泄洪洞水力特性试验研究

通过1∶30的水工模型对吉音水利枢纽竖井旋流泄洪洞的水流流态、压力分布、流量系数等水力特性进行了研究,分析了在进水口溢流堰末端增设掺气坎对进水口及竖井内流态及通气孔风速的影响。研究结果表明:在溢流堰末端增设掺气跌坎有利于减小溢流堰面的负压、防止空蚀破坏、简化进口体型设计,且有利于泄洪洞的安全运行。

旋流式竖井溢洪道竖井的水流特性研究

本文在对旋流式竖井溢洪道的实验研究基础上着重分析了该消能工的消能机理,讨论了水流旋流数和水流的涡粘滞系数与消能率的关系,并建议了简易可行的数值计算方法。在研究中也发现了竖井边壁上的剪应力过大这一在具体应用中需要注意的问题。

旋流竖井式泄洪洞关键技术问题研究

旋流竖井泄洪洞的关键问题是:(1)涡室进口与竖井连接段跌坎处易产生负压;(2)高尾水位泄洪洞排气难,出口易发生气爆。针对这两个问题,通过试验研究提出消除涡室连接段负压和防止泄洪洞出口气爆的简易工程措施并介绍了涡室、竖井结构尺寸优化研究成果。

旋流式竖井溢洪道的过流能力及蜗室与锥形渐缩段的水力特性研究

本文对旋流式竖井溢洪道进行了实验研究和理论分析,给出了流量系数、蜗室与锥形渐缩管中的空腔形状、能量损失和其它水力参数的实验结果及近似计算方法。