掺气坎组合首级台阶对阶梯溢流坝面的影响

为了避免阶梯溢洪道中前几级阶梯表面发生空蚀破坏,在对阶梯溢洪道的设计中加入掺气坎,形成前置掺气坎式阶梯溢洪道.通过对Y型宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池的联合消能工过渡阶梯首级台阶台面取4个角度、前置掺气坎取2个角度共8种组合工况分别进行水工模型试验,改变水库流量,从空腔长度、水面线、负压、底板时均压力、消能率等方面,寻找改善水力特性的过渡台阶衔接体型.结果表明:掺气空腔随着首级阶梯台面角和掺气坎增大,与阶梯坝面分离空间更大,水流挑射更高,空腔更长且工况2的空腔长度均大于工况1的空腔长度;随着掺气坎和首级阶梯台面角增大,溢流坝阶梯面最大负压绝对值减小;消力池底板压力和水面线变化不大,消能率增大.在8个方案中,前置掺气坎角度为10°、首级阶梯台面角度0°时的方案5最优.     

溪洛渡泄洪洞掺气减蚀设施及体型优化的试验研究

结合溪洛渡水电站3号泄洪洞,在大比尺水工模型试验的基础上,对目前高水头明流泄洪洞掺气减蚀设施和体型的典型设计方案进行修正和优化研究。试验表明:通过采用掺气跌坎和挑坎相结合的组合形式、在反弧段前增设一道掺气坎、缩短渥奇曲线段的长度和减小反弧段的圆心角等措施,可明显改善掺气效果,增大反弧段前掺气坎的掺气能力,从而有效减小和消除反弧段末端掺气盲区。该研究对于高水头、大流量明流泄洪洞掺气设施和体型的合理设计具有十分重要的价值。     

突扩式跌坎消力池掺气脉动特性研究

高速入射水流进入突扩式跌坎消力池后卷入大量空气,形成掺气水流,气体的存在影响各项水力学指标,对工程安全造成影响。基于物理模型试验,对突扩式跌坎消力池的掺气脉动特性进行探究,分析其掺气脉动幅值特性、概率密度分布特性以及频谱特性。结果表明：无突扩跌坎消力池底板中线的掺气脉动幅值呈沿程衰减趋势,最大值出现在消力池首;突扩式跌坎消力池底板中线的掺气脉动幅值呈先增大后减小的趋势,最大值出现在冲击区;与无突扩跌坎消力池相比,突扩式跌坎消力池可以有效降低底板的掺气脉动强度;消力池底板掺气脉动概率密度曲线不服从正态分布;掺气脉动能量属于低频脉动,随流能比的增大而增大;突扩式跌坎消力池底板在冲击区的掺气脉动能量最大,突扩的存在可有效降低掺气脉动作用在底板上的能量。     

渥奇面上掺气挑坎布设位置的探讨

渥奇面上设掺气挑坎,流速大时可能发生散水现象,强烈散水会对泄洪建筑物产生不利影响,应尽可能避免。经试验研究发现散水现象的强弱与掺气挑坎布设于渥奇面上的位置有关,布于下游明显弱于上游,主要原因是加设挑坎后,边界变化的剧烈程度不同,上游边界变化更为剧烈。实际布置中,在合理保护范围内,在不发生散水等不良水力现象的基础上,应将掺气挑坎尽量往上游布置,目的是增大保护范围,提高安全性能。该结论对渥奇面掺气挑坎的布设有指导意义。     

阶梯坝面坡度对阶梯面掺气特性及负压影响试验研究

为探求高水头、大单宽流量下阶梯坝面坡度对宽尾墩—阶梯溢流坝—消力池一体化联合消能方式的阶梯面掺气特性及负压的影响,以阿海水电站为原型,采用速度比尺和长度比尺分别建立运输方程,引入水气两相流VOF和三维RNG紊流模型.利用几何重建格式来迭代生成自由水面,对51.34°,53.13°,56.98°这3种阶梯面坡度进行数值模...     

横向出流陡坡消能塘体型设计与试验研究

陡坡消能塘水流在塘末端转向 90°进入下游渠道是一种特殊的布置形式。通过对一实际工程消能塘的水力计算与物理模型试验验证 ,提出了此类消能塘体型的设计方法并对设计计算中的几个问题进行了讨论     

外凸型阶梯陡槽段水力特性试验研究

溢洪道陡槽段设置不连续的外凸型阶梯之后,可明显降低陡槽段流速,增大泄流的消能率,简化其下游消能设施。在水力模型试验的基础上,对陡坡段坡度1∶1和1∶1.5的外凸型阶梯陡槽段泄流流态进行观察和测试,对这两种坡度的外凸型阶梯陡槽段应用条件进行分析,提出了坡度为1∶1.5的外凸型阶梯陡槽段泄流水面掺气断面位置和水深的计算方法。应用本文成果和结合前期的研究成果,可将外凸型阶梯陡槽段泄流水面掺气断面位置和水深计算的坡度范围由1∶2~1∶6扩展为1∶1.5~1∶6,并可进一步计算出相应坡度水面掺气断面下游掺气水流区段的沿程水深和消能率。     

数值模拟在东江电站前池体型优化中的应用

应用RNG双方程湍流模型,对东江电站上水库电站前池现状、拆除拦污栅支墩、降低拦沙坎、优化洲头边岸4种方案的水力特性进行数值模拟,分析了前池各类水工建筑物对前池流态的影响。结果表明,三维流场计算结果与模型实验及电站运行现状相符,优选出的前池水工建筑物的最佳布置方式,可有效改善前池流态和提高电站发电效益。     

基于环对称掺气的液体射流泵试验研究

为改善液体射流泵性能,提出了在喉管处环对称掺气的方法.通过射流泵水力试验,研究了不同掺气条件下各流量比工况的基本性能及空化特征.试验表明：喉管适量掺气后,未达到极限流量比工况时压力比总体略有提升,效率变化率增值为0.3%～4.9%,接近极限流量比时增效最为明显;极限工况时掺气可以改善空化性能,实测喉管及扩散管的压力脉动明显减弱,且射流泵极限流量比有所增加、正常工作范围变大;较优的掺气率(空气与混合液的体积流量比)为2.0%～3.0%.研究表明：与水相比,空气的黏度系数较小,少量空气被液体携带贴着管壁流动,可降低近壁面水流阻力、减小沿程水头损失,有利于提高射流泵传能效率.在极限工况时空气自然吸入可提升喉管内压力、减免射流泵空化、改善运行性能.环对称掺气的研究成果,可为液体射流泵的性能优化提供一定的参考依据.     

气制动阀静特性试验方法的研究

对拖拉机挂车气制动系主要控制元件之一──活塞式和膜片式气制动阀的静特性做了理论分析,对其静特性测试方法进行了试验研究,找到了较正确的气制动阔静特性曲线测试方法。     

叶片形状对倒伞曝气机性能的影响

为了探究直叶片和倾斜叶片对倒伞曝气机性能的影响,获得不同叶片形状倒伞曝气机驱动下氧化沟的流场特性,以1个符合几何相似、运动相似和动力相似理论的缩比双倒伞曝气机驱动下的氧化沟模型为研究对象,采用VOF自由液面模型与标准k-ε湍流模型相结合的方法,对不同叶片形状的倒伞曝气机驱动下的氧化沟内部流动进行了三维数值模拟.结果表明,2类倒伞曝气机消耗的功率相近,叶片形状的不同影响着倒伞曝气机的充氧能力和推流能力:直叶片倒伞曝气机驱动下,氧化沟过轴截面的气相体积分数较倾斜叶片大0.66%;直叶片倒伞曝气机对表层水域的推动能力较强,而倾斜叶片倒伞曝气机则对底层流体有较强的推动能力,沟底死水区相较于直叶片倒伞曝气机减小0.70%,且倒伞曝气机附近的流体能以较快的速度流向壁面;在双倒伞曝气机驱动下,氧化沟内的流动呈对称分布,下游倒伞曝气机能够明显提升和加速来流速度.     

高扬程大流量离心泵CFD水力优化设计

选哈电A934模型叶轮作为对象叶轮,以预定的泵扬程流量特性(H-Q)为目标参数,在保证出口角不变的情况下,将对象叶轮出口直径延拓到目标叶轮直径,形成待优化的目标叶轮．使用CFX-TASCFlow软件进行改型设计,针对干河泵站最大扬程、最小扬程以及设计扬程对应的工况点,优化叶轮的轴面形状、叶片数量、叶片翼型以及进出口安放角等参数,直至CFD预测的H-Q特性接近或达到预期的目标,获得满足目标参数的目标叶轮．在此基础上,使用Ansys CFX对目标叶轮进行全通道水力设计,优化流道几何参数,匹配进水管、固定导叶以及蜗壳的几何形状,改善泵进出口区域的流场特性．在哈尔滨电机厂有限责任公司高水头试验II台上进行的模型试验表明,基于CFD技术开发的新型高扬程大流量离心泵在高海拔地区复杂工况条件下,扬程、流量、效率、空化性能等指标均达到了预定的设计目标．     

基于正交试验的高扬程混流泵优化设计

为了提高高扬程导叶式混流泵的扬程和效率,选择叶轮叶片进、出口安放角、包角和叶轮外径等4个因素,每个因素取4个水平,利用正交设计软件SPSS进行正交试验方案的设计,应用CFD软件ANSYS CFX对设计的16副叶轮进行三维数值模拟,利用极差分析的方法分析得到各因素对扬程和效率的影响程度,进而得到最优组合方案,最后对比分析原始模型与优化模型的内部流动情况,验证优选方案的可行性.结果表明:叶轮叶片出口安放角对扬程影响程度最大,叶片包角对效率影响程度最大.在设计流量下,兼顾扬程和效率所选出的最优方案扬程和效率均有所提高,泵段内水流流态较好,压力分布均匀,达到优化设计的目的.因此,基于正交试验的高扬程混流泵优化可行,优化方案的参数搭配能够有效地减小高扬程混流泵的水力损失,提高其水力性能,并改善其内部流动.     

峡口水电站泄水建筑物体型优化试

峡口水电站泄水建筑物体型优化试验研究结果表明：原设计表孔采用窄缝型式效果欠佳，采取大差动高低坎型式，其下泄水流在空中充分碰撞，明显提高消能效果，大大减轻对下游河道的冲刷；降低中表孔挑坎高程，可增大水舌碰撞角度，提高空中消能率；中孔出口斜坡段坡度改为-5后，可消除负压，更利于水舌扩散。     

大型泵站蜗壳出水流道型线的优化与试验

对大型泵站蜗壳出水流道的型线进行了多方案的优化设计和试验研究：将导水锥型线进行了优化,在流道宽度不变的条件下,仅将出水室蜗壳段弧线曲率半径适当加大,同时延长扩散管的长度,减小扩散管出口及蜗壳断面流速.最终得到了水力性能优良的蜗壳出水流道型线方案.在模型比为10.27,叶片角度（-2°）和转速（1400 r/min）都保持不变的情况下,该流道形式的模型泵装置效率达到78%以上,比优化前提高了6个百分点,达到或已超过常用流道型式立式泵装置效率,为蜗壳进出水流道在大型低扬程泵站中推广和应用奠定了基础.     

液压试验台的液压元件设计研究

文章设计的液压试验台是一种效率高、质量好、成本低的试验台,它是用来测试各种适于大功率机械的泵、缸和阀的压力、流量等。     

叶片高压边安放角对高水头水泵水轮机性能的影响

基于低比转数混流式转轮设计程序,在保证转轮其他参数一致的条件下,分别设计了3个具有不同高压边安放角的叶片,并采用CFD技术对3个转轮分别进行了5个水轮机工况和5个水泵工况的全流道数值模拟,分析了叶片高压边安放角对水泵水轮机能量特性、水轮机工况转轮的来流和水泵工况转轮与活动导叶的动静干涉现象的影响.研究表明,水轮机工况下,数值计算的叶片冲角绝对值大于给定冲角的绝对值,叶片的负冲角越大,导致转轮进口撞击越剧烈,引起水轮机工况水力效率略有下降,但是对转轮内流态扰动很小.水泵工况下,叶片高压边安放角越大,与其相匹配的活动导叶转角越小;由于安放角2叶片与14°转角的活动导叶和固定导叶三者相匹配,其水力效率相对最高;而其他3种高压边安放角叶片由于不匹配,内部流场出现了撞击、脱流和回流等不稳定现象,引起水泵工况水力效率的严重下降.     

基于正交试验的斜击式水涡轮优化与分析

参考斜击式水轮机结构设计方法,使用正交试验法对JP75卷盘喷灌机水涡轮的主要几何参数进行优化试验,并对优化结果进行相关系数及主成分分析,最后确定影响效率的主要因素及水涡轮最优参数组合.使用优化后的参数建立水涡轮最优模型,并采用CFD数值计算方法对流量为500～900 r/min、转速为18～40 m3/h下优化模型的性能进行计算及分析;在此基础上,分析了水涡轮外特性曲线,优化模型在非设计转速下具有较高的稳定性和高效性.在流量区间内,优化模型最高效率点提升了近31%;研究了水涡轮优化模型的内部流场分布, 相比于原有模型,内部流场更为合理流畅,进口管道内压力分布均匀,且能够形成有效射流,同时,水涡轮叶片的优化设计解决了存在的局部高压区和叶间涡问题;与原有模型进行能量转化率比较,验证了转轮处能量有效利用率明显提升了42.71%.     

基于伴随方法的离心泵叶轮优化设计

针对水力机械优化设计过程中存在计算量巨大、叶型的控制及修改不便等问题,提出了基于伴随方法的离心泵叶轮优化设计方法。以某低比转数离心泵叶轮为研究对象,采用泰勒展开法进行离心泵叶片形状的参数化控制。将泵内流动控制方程作为优化问题的约束条件,通过引入伴随变量将约束优化问题变为无约束优化问题,推导了目标函数的变分形式、伴随方程及伴随变量在计算域各边界上的边界条件。根据伴随方法计算目标函数对设计变量的梯度矢量,在任意给定的初始直叶片的基础上沿梯度矢量反方向不断更新叶片形状,直至目标函数达到最小值时即为最优设计。由于在目标函数的变分中不包含流场参数的变分,在一次优化迭代中只需要计算流场及伴随变量场各一次,大大减少了叶轮优化过程的计算量。算例计算结果表明所提出的离心泵叶轮伴随优化方法是可行的。