双向对冲流灌水器水力性能和消能机理模拟与验证

为研究双向对冲流灌水器的水力性能和消能机理,安排25组试验方案,开展流量测试与模拟计算,选取模拟精度较高的湍流模型计算不同压力区间的流态指数、正反向水流流量比,分析正反向水流分布情况。结果表明,RNG k-ε模型的流量计算值与实测值的相对误差为1.656%~3.151%,与其他模型相比,RNG k-ε模型的相对误差较小;灌水器的流态指数为0.414~0.483,水力性能良好,尤其在低压区间,流态指数为0.414~0.456,正反向水流流量比趋近于1,水力性能更加突出;随压力的增大,反向水流的流量增幅较快,流量比减小,水力性能降低;正反向水流在挡水装置的齿尖形成对冲与混掺是消能的核心,而水流分布不均会影响灌水器的消能效果;在灌水器边壁增加多个改变流向的挡水装置,可优化双向水流配比,提高水力性能,从而验证不同压力区间、不同流量比与水力性能的内在关系。研究可对灌水器结构优化、水力性能提高提供参考。     

调压室阻抗孔过流特性分析

【目的】研究阻抗式调压室的阻抗孔过流特性对水力过渡过程的影响。【方法】针对阻抗式调压室的工程实例,结合三根支洞共用调压室的工程特点,利用特征线法进行计算,建立合理的边界条件方程,对同一特征工况下不同阻抗孔流量系数(0.65,0.70,0.75)、直径(3.0,3.5,4.0m)组合条件下及不同阻抗孔高度(2,6,10m)的机组转速升高率、蜗壳末端压力升高率、调压室涌浪水位进行分析与比较。【结果】大波动工况下,随着阻抗孔流量系数和直径的变化,机组转速升高率、蜗壳末端压力、阻抗板压差、调压室涌浪的最大和最小水位均有变化,其中当阻抗孔流量系数为0.7、阻抗孔直径为3.0,3.5,4.0m时,对应的蜗壳末端压力升高率为35.41%,32.02%,31.26%,对应的最高涌浪水位为715.05,717.16,718.95m。水力干扰条件下,流量系数相同,阻抗孔直径由3m变为3.5m时,阻抗孔面积增加,被2台机组甩负荷干扰的机组出力摆动减小2%~3.5%。阻抗孔高度对阻抗板压差、机组调节保证参数以及调压室涌浪水位的影响甚微。【结论】当阻抗孔直径为3.5m、流量系数为0.70时,阻抗孔过流特性较好,调节保证参数满足设计要求,调压室内涌浪水位特征值在电站运行允许范围内。     

基于水化学的南水北调中线干渠水与地下水水力联系指标识别

从一般水化学角度研究了南水北调中线源头地表水、干渠水及其周边地下水的差异。结果发现,钠离子在地下水与干渠水和源头地表水中的浓度差异最为明显,其次是总溶解固体(TDS)浓度,其他主要离子以及pH差异均不明显,说明钠离子浓度可作为识别南水北调中线干渠水及其周边地下水水力联系的备选指标。利用聚类分析和水化学类型的相似性,剔除了与干渠水可能存在水力联系的地下水样钠离子浓度,初步确定南水北调中线沿线与干渠水没有水力联系的地下水钠离子浓度大于9.8 mg/L,且该数值是干渠水钠离子浓度的1.6倍以上。因此,可将钠离子浓度及其参考范围用于快速判断南水北调干渠周边地下水与干渠水是否存在水力联系。     

卷盘式喷灌机冲击式水涡轮结构参数优化

针对JP75卷盘式喷灌机冲击式水涡轮驱动力矩小、水力效率低、压力损失高等问题,以提升水涡轮水力性能为目标,在单因素分析的基础上,基于响应曲面模型和CFD数值模拟,选取叶轮侧端间隙宽度(侧端间隙)、出水管入口倒圆半径(倒圆半径)和喷嘴中心与叶轮轴的间距(中心间距)为设计变量,以水涡轮效率最高、驱动力矩最大和压力损失最小为目标函数,运用Box-Benhnken中心组合试验设计方法,开展三因素三水平优化设计分析。结果表明:所建立的二次多项式响应面模型可以准确表征响应指标与设计变量之间的关系,中心间距是影响水涡轮水力性能的最主要因素;水涡轮结构参数最优组合为:中心间距73 mm、侧端间隙2 mm、倒圆半径20 mm;设计工况下的试验结果表明,与原型水涡轮相比,优化的水涡轮效率提高17.6个百分点,驱动力矩提高13.2%,进出口压降降低29.3%。     

平底抛物线形复合渠道水力最佳断面计算方法

为了解决抛物线形断面应用在大中型渠道上存在深度大、工程量大等问题,提出了一种水平渠底和平方抛物线形渠坡的抛物线复合断面渠道,推导出了过水断面面积、湿周的计算公式,并根据明渠均匀流理论,建立了平底抛物线复合渠道水力最佳断面情况下的流量和水深关系式,借助Mathcad软件计算出最优宽深比,推导出了平底抛物线复合渠道水力最佳断面水深、水面宽度、过水断面面积和湿周的计算公式.通过实例计算,当流量Q为30 m³/s时,在水力最佳断面情况下,平底抛物线复合渠道的水深H₀为2.904 m,水面宽度B₀为6.278 m,过水断面面积A₀为13.604 m²,因此,相同流量下平底抛物线复合渠道的过水断面面积比梯形渠道减小了1.7%,比弧脚梯形渠道减小了0.2%,表明平底抛物线复合渠道是一种比梯形和弧形坡脚梯形渠道更为优越的渠道断面形式.     

杭州八堡泵站斜式泵装置流道水力优化

为保证杭州八堡泵站斜式泵装置的安全、稳定和高效运行,运用三维湍流数值模拟方法对该站斜式进、出水流道进行了水力优化设计研究.基于流道三维流场数值计算结果,揭示了进水流道高度和泵轴倾角分别对斜式进水流道水力性能的影响规律,揭示了出水流道平面扩散角和泵轴倾角分别对斜式出水流道水力性能的影响规律.结果表明:斜式进水流道高度愈大流道水力性能愈好,泵轴倾角愈小流道水力性能愈好;斜式进水流道转向角度愈小,水流受离心力影响愈小,愈有利于水流流动调整;斜式出水流道扩散角愈小流道水力性能愈好,泵轴倾角愈大流道水力性能愈好;受螺旋状的水流和急剧转向的“S”形弯曲流道的共同影响,斜式出水流道内不可避免地存在不对称旋涡;综合考虑八堡泵站流道水力性能、土建工程量、闸门提升高度和水泵机组安装检修难度等多方面的因素,确定该站斜式泵装置的泵轴倾角为20°.     

进水方式对卷盘式喷灌机水涡轮水力性能影响的数值模拟

为揭示卷盘式喷灌机切击式与蜗壳式水涡轮的内部流态特征与水力性能差异,在叶轮与出水管道相同的情况下,采用基于SST k-ω模型的数值模拟方法,对2种进水方式的水涡轮内部流动进行计算分析,并将切击式水涡轮外特性预测结果与试验数据进行对比验证.结果表明:切击式水涡轮叶轮流道内存在大尺度回流旋涡和强烈的叶片侧端间隙泄漏流动,蜗壳式水涡轮叶轮内部压力与流线分布相对均匀,叶片侧端间隙泄漏流动沿周向无显著差异;不同流量下,切击式水涡轮各主要过流部件的水力损失占比基本保持恒定,叶轮内水力损失约占总水力损失的55%,蜗壳式水涡轮各部件水力损失的占比随流量发生变化;2种进水方式的水涡轮外特性曲线变化趋势基本相同,相同工况下蜗壳式水涡轮的效率相比切击式水涡轮效率高18%~22%,两者最高效率分别为35.6%和59.6%.研究结果可为卷盘式喷灌机水涡轮水力设计及结构改进提供一定依据.     

沟灌简易量水槽水力性能探究

提出了一种针对小流量的、制作安装简易的量水设备--便携式三角形喉道量水槽.该量水槽的原型过流试验在9种流量(0.90,1.44,1.88,2.36,2.84,3.36,3.92,4.57,4.90 L/s)的自由出流和淹没出流工况下进行,设置于断面形式与田间灌水沟相近的U型渠道内,通过测量量水槽内13个控制断面水位,对水面线、傅汝德数、临界淹没度、测流精度等水力性能进行试验分析.三角形喉道量水槽的过槽流量与上游水深具有良好的乘幂关系,复相关系数达到0.999 5;拟合得出自由出流和淹没出流状态下的水深流量公式,计算流量与实际流量比较,平均误差和最大误差均在5%以内.分析了不同流量工况下傅汝德数变化规律,进而确定了临界水深断面产生的具体位置在喉道段后半段,距离量水槽进口为334~355 mm;该三角形喉道量水槽的临界淹没度稳定,范围为0.80~0.86;单个量水槽的流量适用范围为0.90~5.00 L/s.     

梭梭水力提升与浅根系植物优势度、丰富度和多度的关系

[目的]探究梭梭水力提升与浅根系植物优势度、丰富度和多度之间的关系,以了解干旱区荒漠林内深、浅根系植物的种间关系,对干旱荒漠区植物的利用与保护提供理论依据。[方法]利用群落调查、同位素示踪和对比分析等方法对新疆艾比湖荒漠中梭梭是否拥有水力提升、以及其与植物优势度、多样性之间的关系进行了探索。[结果](1)梭梭拥有水力提升现象;(2)相对梭梭树冠外的浅根系草本和灌木,其树冠下浅根系草本和灌木的生长优势度指数较高,长势更好;(3)一年生长过程中,梭梭树冠下灌木和草本群落的物种多度和丰富度均显著高于树冠外(p0.05)。[结论]干旱区荒漠群落的建群种梭梭拥有水力提升过程,该过程能够改善浅层土壤水分条件,从而使得其伴生的浅根系草本和灌木的长势更好,影响着干旱区荒漠群落的物种多样性维持过程。     

黄土区不同退耕年限草地土壤分离速率及其理化性质

以子午岭连家砭林场不同退耕年限草地为研究对象,以撂荒地为对照,通过野外调查和室内测试分析,研究了退耕12 a、18 a、24 a、36 a草地土壤分离速率及其理化性质。结果表明:草地土壤分离速率与同一土层的撂荒地相比明显降低,并随着退耕年限增加而降低。不同退耕年限草地土壤容重、有机质含量、水稳性团聚体含量、根系生物量密度均有不同程度的改变,且表层土壤(0~20 cm)理化性质改善最为显著(P0.05);不同退耕年限草地土壤分离速率与其理化性质均呈显著相关关系(P0.05),但对于不同退耕年限草地,影响土壤分离速率的主导因子不同。