高压输水管道中锥形阀的消能研究

高压输水管道内部消能对于输水建筑物的安全至关重要。基于辽宁省供水工程为研究背景,采用物理模型试验的方法,研究锥形阀内部消能工在高压输水管道中的消能效果。试验研究主要从锥形阀过流断面的流态、流速、压力等水力学参数进行成果分析,由试验数据计算锥形阀最终的消能率。试验成果研究表明,锥形阀消能工在输水隧洞的运行过程中能够很大程度上降低水流的能量,从而保证了输水隧洞运行的安全。试验的研究成果可供类似工程参考。     

台江电站戽面流消能的水力设计

提出了适用于低佛氏数大流量水流的戽面流消能方式，为类似工程的消能提供了新的设计思路。并通过模型试验验证，设计计算成果与试验结果相符合，认为本工程中采用戽面流消能方式具有明显的经济性、实用性、合理性。     

滴头锯齿型迷宫流道消能特性的流体动力学分析

在对所选取的3种代表性锯齿型迷宫式滴头流道参数进行精确测定的基础上,利用圆管紊流理论和CFD流场模拟软件对锯齿形迷宫流道的消能机理进行了研究。结果表明：光滑圆管紊流理论不足以解释锯齿型迷宫流道的消能机理;压力沿流道长度方向呈线性递减,各消能尖角单元压力损失相等,符合线性叠加规律;摩阻系数随着压力增加而降低,并很快稳定在一定数值上;在中、高压区滴头流道内部流动为紊流,在低压区可能存在从层流到紊流或者光滑紊流到全紊流的流态转捩行为。     

阶梯螺旋孔口式孔板消能降压装置性

提出一种管道孔板消能装置,利用孔板扭转形成阶梯螺旋孔口使水流强制扭转,因水流在短距离内瞬间作较大角度的扭转而形成强度较大的螺旋流,其消能降压比率较高,并可在较大范围内进行调节,是一种农业节水灌溉管道系统消能降压装置,可用于农业节水灌溉供水系统和其他类似需要消能降压的管道系统.     

二级洞塞泄流的消能特性分析

为了分析二级洞塞泄流的消能特性,揭示洞塞几何体形参数对洞塞泄流消能效果的影响规律,运用三维RNG k-ε紊流数学模型对洞塞泄流进行了数值模拟.建立了洞塞泄流的室内物理模型试验,利用模型试验结果对数学模型进行了验证,两者吻合较好.第1和第2级洞塞面积收缩比分别取为0.2,0.3,0.4和0.5,第1和第2级洞塞相对长度相等并分别取为0.5,1.5和3,形成144种工况.利用验证后的数学模型对上述144种工况进行计算和分析.结果表明：第1和第2级洞塞面积收缩比对消能率和消能比的影响较大,而相对长度对其影响很小.在其他几何体型参数一定的情况下,随着第2级洞塞面积收缩比的增大,第1级洞塞消能率和消能比相应增大,第2级洞塞消能率和消能比相应降低.在其他几何体型参数一定的情况下,随着第1级洞塞面积收缩比的增大,第1级洞塞消能率和消能比相应降低;第2级洞塞消能率变化不大,而消能比相应增加.当第1和第2级洞塞面积收缩比分别达到最小时,消能率达到最大.     

海水淡化泵水润滑轴承试验测试与分析

为了研究不同转速下水润滑轴承动压润滑效果和系统稳定性,依据海水淡化泵的结构特点,设计了水润滑轴承试验台.基于试验对水润滑轴承周向压力分布及轴心轨迹进行监测分析,同时采用刚体求解方法对轴心涡动轨迹进行数值模拟计算,并将试验结果与数值模拟结果进行对比验证.结果表明:低转速时,楔形间隙内润滑介质水较少,水膜压力分布不连续且压力值较低,各监测点的压力曲线不稳定;随着转速的增大,润滑介质水增多,流体动压润滑效果增强,水膜承载效果增强,压力分布与压力曲线开始趋于稳定,表明整个轴承-转子系统开始趋于稳定;同时,随着转速的增大,液膜厚度增大,轴颈涡动振幅增大,涡动中心明显上移,试验实测结果与CFD模拟计算结果一致,验证了采用数值模拟来研究轴承-转子系统动力学特性有一定的借鉴和参考价值.     

低水头水闸不护底消力池消能防冲研究

传统的低水头水闸消能防冲设计多采用护底消力池进行底流消能。对于某些地质条件良好的低水头水闸,可直接利用开挖后的基岩作为消力池底板而不进行护底。以幸福堰拦河水闸不护底消力池为研究对象,结合水力学计算,选用Flow-3D RNG湍流模型,采用VOF法对消力池流场进行三维数值模拟。结果表明:数值模拟结果与水力学计算基本吻合,消力池内最大流速小于基岩抗冲流速,验证了该水闸采用非护底消力池消能的科学合理性。成果可为同类低水头水闸消能工程提供设计支撑与参考。     

老挝南果河水电站阶梯式消能工的试验研究

老挝南果河水电站压力前池溢水道采用阶梯式消能工布置型式,为论证设计的合理性,进行了水工模型试验。试验研究表明,消能工陡槽做成阶梯式后,由于阶梯溢流面水流掺气,改善了泄流流态,消能效果非常显著,从而简化了下游消能防冲设施,节约了投资,且大大降低了空化危险性。     

导流式输水管网消能装置设计与影响因素研究

为了保障山区输水管网运行安全,设计导流式输水管网消能装置。装置由上壳体、消能空腔和下壳体组成,设置入口端和出口端,消能空腔内设有均匀间隔的消能板和导流孔。采用Fluent数值模拟和验证试验对试验方法进行验证,设置3种入口流速、3种导流孔径比例和有无导流片开展全因素试验,并对2种导流孔直径进行消能率对比试验。结果表明：在保证过流能力下,入口流速和导流孔径均对消能率起主导作用,入口流速越大,即流量越大,消能率越好。消能率与导流孔径负相关,导流孔径越小越有利于消能。当基础孔径相同时,为同时满足过流能力且确保消能达到较好效果,建议选择导流孔径比例保持不变布置方式。入口流速为1.0 m/s时,局部水头损失占总水头损失的96.3%,所以当计算总水头损失时,可以忽略沿程水头损失。当入口流速小于4.0 m/s时,选择不安装导流片,达到4.0 m/s时,有无导流片消能率基本持平,大于5.0 m/s后,选用安装导流片消能效果更优。     

刘家沟水电站溢洪道泄洪消能方案试验研究

针对刘家沟水电站溢洪道消能效果不理想以及下游岸坡冲刷严重问题进行水工模型试验,在原方案基础上开展了一系列改善溢洪道消能防冲效果的优化试验。经过多方案比选验证,在满足溢洪道泄流能力的条件下,采用岸坡分散水流结合公路平台挑流的方案消能效果更为理想,下游河床河势稳定,且造价合理,较好地解决了工程所在下游河床较为狭窄且右岸岸坡存在大型崩滑体的技术难题。     

跌扩型底流消能工水力特性的试验研究

通过水力学模型试验,对跌扩型底流消能工的水流流态、时均动水压力分布、临底流速及近壁流速进行了分析,研究结果表明,在跌扩型底流消能工中,选择合适的突扩比,能有效降低消力池内底板和边墙的水力学指标;且通过建立消力池内水流运动的动量方程,推导出跌扩型底流消能工突扩比的计算公式,并得到试验验证,为跌扩型底流消能工的体型设计提供了依据。     

水利工程溢洪道底流消能水力特性分析

合理地选择溢洪道建筑物消能型式,是关系到整个水利工程安全与经济的重要问题.通过溢洪道设计规范进行消能方式水力学计算,结合物理模型试验对传统底流消能与跌坎型底流消能水力特性进行了对比分析,结果表明：传统底流消能在校核洪水下泄流量时,底流消能方水流进入消力池后产生一定程度的远驱式水跃,消力池消能主要位于消力池后部,消力池后部及出口水面壅高较大,且波动剧烈,没有形成相对稳定的消能水体,消力池消能效果不佳,需要增加消力池长度;跌坎型底流消能消力池底板高程降低1 m时,临底流速较底流消能得到大幅度降低,池内水流扩散充分,剪切明显,消力池后段形成了稳定的水体,消能效果良好,出水渠内水流流态得到改善,难以对消力池产生冲刷破坏.跌坎型底流消能空化数增大降低了空蚀发生概率,可避免消力池产生空蚀破坏,最大水跃位置向前移动7 m,水流不会冲击底板和尾坎,水流垂直溅起,因此消力池内流态稳定,雾化影响较小,其具有适应性强,消能效率高、流态稳定等优点.     

阿安引水洞消能模型试验研究

随着跨流域长隧洞引水工程的发展，洞内消能的研究也在进一步深化，南水北调西线一期工程中的阿安引水隧洞采用洞内消能工程。对阿安引水隧洞洞内消能工程的基本结构和尺寸的理论设计进行了水工模型试验研究，根据模型试验将原设计与修改方案的水流流态、流速和压强及消能效果进行对比，确定能使引水隧洞在各级引水流量下能安全可靠地运行的洞内消能工的体形和尺寸。     

弯曲河道上底流消能工布置试验研究

传统的底流消能工常布置在顺直河段,针对受实际条件限制必须在弯曲河道上布置底流消能工的技术难题,基于某水库工程的物理模型进行了试验对比研究。试验结果表明,所提出的主、辅两级消力池与导流消力墩这一消导结合的消能工结构在弯道段水流流态、消力池回流强度、弯道段坡脚冲刷强度等水力指标方面均优于传统直线型消力池布置方案和曲线型跌坎消力池布置方案,解决了弯曲河道段布置底流消能工的技术难题。     

基于Fluent的贯流泵数值模拟

为更深入研究贯流泵数值模拟的真实性与准确性,结合上海某双向贯流泵正向模型能量试验数据,选用不同的参数对模型泵进行数值模拟.对具体贯流泵模拟计算过程中参数的设定,如网格划分、计算模型选取以及边界条件设定等进行了比较和分析,观察管路内的压强、流态等特性,选出与试验数据最接近的一种方案,作为贯流泵数值模拟计算的一种参考方案.通过与试验数据比较并观察内部流场流态和压力分布,结果表明,S-A湍流模型比Realizablek-ε紊流模型计算的结果更接近模型试验值;当进口压力值选为0时,数值模拟的效果最好.     

齿形迷宫流道滴头消能过程的试验研究

由于齿形迷宫流道滴头的内部尺寸很小,利用常规仪器难以对其流道内的水压力分布规律直接进行测量。利用自行研制的试验装置,对迷宫式滴头齿形流道内部的压力分布状况直接进行测量,结果表明:该装置切实可行。实测的齿形迷宫式滴头流道内能量损失并非均匀降低,在不同工作压力区间段内压力损失比例存在差异,且随工作压力的变化,各齿段的消能比例也在不断的变化;当压力达到一定范围后,各齿段间的消能比例系数基本稳定不变。     

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。     

离心泵内泄漏流计算及其对转子振动的影响

为研究泄漏流对离心泵转子振动特性的影响,建立了离心泵内泄漏流流场数值模型并对其可靠性进行了验证,验证基于加州理工学院RFTF装置试验结果,验证结果显示数值计算结果与试验结果吻合较好.通过在泄漏流流场与转子系统间进行数据传递,实现了流场模型与基于节点单元法建立的转子系统的耦合计算,得到了泄漏流流体力作用下的转子系统响应结果,结果显示泄漏流的存在明显提高了转子系统刚度并进而增加了其稳定性.该方法可以略去流体力环节从而直观了解到泄漏流道参数变化对转子系统振动特性的影响,对优化离心泵相关参数,提高转子系统稳定性具有重要意义.     

华阳河水库溢洪道泄洪消能试验优化研究

采用1∶60水力学整体模型,针对华阳河水库溢洪道除险加固初步设计方案进行了相关水力学问题的试验研究,并开展了进一步改善溢洪道消能防冲效果方案的优化试验。研究成果表明:在基本满足溢洪道泄流能力情况下,为改善原设计方案在2级消力池内水流流态紊乱,消能效果差的情况,经多方案比选论证,建议在2级消力池内布置系列消能墩,实现消能率达69.9%以上,且增加工程投资不多。优化后的2级消力池体型已经运用到工程设计中。     

过水围堰消能平台水垫池水力试验研究

针对过水围堰消能防冲特征,提出在消能平台上设置水垫池的方法。通过专门的水力试验装置对消能平台水垫池进行研究,并与无水垫池时的水力特性对比分析。研究表明:水垫池的设置相当于增加了水垫深度,特别在下游基坑水位相对较低、消能平台水深较浅时,可明显改善消能效果;消能平台出口流速较无水垫池时明显降低,能减轻水流对下游护面及堰脚的冲刷;与无水垫池时底板压力峰值出现在消能平台进口附近不同,设有水垫池时压力峰值出现在尾坎附近,可有效缓解消能平台进口的冲击力。采用合适的消能平台水垫池结构,可提高消能防冲作用、改善底板受力条件,有利于过水围堰安全溢洪。