同侧竖缝式鱼道水力特性及放鱼试验研究

本文在大比尺鱼道模型中对同侧竖缝式鱼道的水力特性进行了系统的试验研究,并做了放鱼试验。选择了5组典型流量,对每一组流量系统地实测了13h(h为相应流量的水深)平面、12h平面及23h平面各断面(x=0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100cm)的流速分布,分析了同侧竖缝式鱼道的流速分布形态、无量纲流速分布特征、断面最大流速沿程衰减情况、同一水深不同流量的流速分布。通过放鱼试验,考察了鱼类对不同流量的响应情况,提出同侧竖缝式鱼道的不足及其改进措施。     

竖缝与孔口组合式鱼道流动特性模拟研究

鱼道作为一种供鱼类洄游的生态廊道,其流场特性与鱼类洄游特性的协调性研究,已成为目前鱼道研究的热点问题之一。本文基于Fluent软件中k-ε(RNG)湍流模型和VOF模型,以长洲鱼道为研究对象,对竖缝与孔口组合式鱼道的流场特性进行数值模拟研究,分析了鱼道的流场特性对鱼类洄游的影响。结果表明,设计流量条件(Q=6.64 m~3/s)下,沿池室水深方向流速与湍动能的分布对中华鲟、鲥鱼等主要过鱼对象洄游产生影响较小,而对洄游能力较弱"四大家鱼"物种的洄游产生较大的阻碍;进口流量大小与池室各点的流速大小呈线性关系,当运行的进口流量为3.64~4.64 m~3/s时,鱼道的水力特性基本满足主要过鱼对象和"四大家鱼"的洄游。本文的研究成果可为优化鱼道的运行提供一定参考。     

异侧布置缝-孔-堰组合式鱼道紊流结构试验研究

我国沿海沿江洄游性鱼类众多,单一式鱼道难以满足鱼类不同溯游习性的要求。迄今,人们对单一式鱼道研究较多,而对组合式鱼道仅限于数值模拟工作,试验研究几乎是空白。本文对凹口堰-矩形中孔-竖缝组合式鱼道的紊流结构进行了较为系统的试验研究。采用声学多普勒测速仪（ADV）量测了鱼道水池内各点的三维瞬时流速,分析了组合式鱼道的流动特征、时均流速、紊动强度、雷诺应力、频谱特性、相关函数及紊动尺度。试验研究结果表明：与单一式鱼道比较,组合式鱼道水流具有显著的三维流动结构;纵向流速在水平面上存在明显峰值区,横向流速和垂向流速显示在横断面上存在旋涡区;在竖缝壁面射流与孔口射流汇聚区,纵向、横向及垂向紊动强度均较大,合并后则逐渐减小;雷诺应力峰值区主要出现在多股射流交汇区;纵向脉动能量主频峰值大小为孔口>凹口堰>竖缝;纵向脉动流速表现出随时间的相关性,并有凹口堰>孔口>竖缝,且沿程波动周期延长;积分尺度和微分尺度显示涡旋结构与组合式鱼道的流区有关。     

三峡水库库区上段水流特性分析

三峡水库的蓄水运用,使其河道型库区内水流有了明显的壅水型非均匀流特征,其流态的改变显著影响着泥沙输移和洪水传播特性。采取专门实测资料,分析库区上段的三维流速及紊动强度沿垂线的分布特征。结果表明:三峡水库上段纵向流速沿垂线分布基本符合对数流速分布公式,横向流速分布受地形影响较大,垂向流速明显,且方向一般向下;沿程各断面纵向、横向及垂向水流相对紊动强度分布比较均匀,尤其是垂向水流紊动强度沿程随着壅水程度的增大有增大的趋势。壅水型非均匀流在垂向流速及垂向紊动强度的分布特点,将给库区泥沙运动、尤其是悬移质含沙量沿垂线分布带来明显影响。     

弯道水流纵向流速剖面的试验研究

弯道水流特性的研究一直备受重视,而弯道水流纵向流速的分布则是其重要研究课题之一.本文运用弯道概化模型试验,利用ADV采集三维流速数据,对弯道水流纵向流速沿水深的分布进行了系统研究,得到了纵向流速剖面沿程和沿河宽的变化.研究表明,由于弯道水流的复杂性,试图采用单一计算模式来描述弯道纵向流速沿水深的分布是难以实现的.合理的流速剖面公式应当考虑水流参数、弯道尺度和参照部位等的综合影响.研究为进一步深入探讨弯道水流特性奠定了基础.     

淹没的水平热射流在横流中扩散特性的实验研究

本文报导了对淹没的水平热水射流在横流中扩散特性的系统实验研究工作。 实验量测了在不同参数条件下,热射流在横流中的射流轴线轨迹、扩散范围、沿轴线断面的温度分布和流速分布资料,并用量纲分析方法,通过回归计算得出相应的经验公式。成果表明:其初始段的长度是流速比的函数;弯曲段加速了射流掺混扩散作用;贯穿段各断面的温度、速度分布趋于均匀;温度、流速分布不存在如静水中淹没射流那样的对称性和相似性。沿射流轴线温度、速度呈指数规律迅速衰减;射流半宽度呈非线性扩展规律。     

矩形平底渠道淹没水跃区的紊流边界层发展北大核心CSCD

根据Rajaratnam对矩形平底渠道淹没水跃区的断面流速分布、最大流速、壁面切应力和最大流速之半处距壁面距离的试验成果,利用Verhoff的附壁射流区的断面流速分布公式和紊流边界层的动量积分方程,研究淹没水跃区紊流边界层的发展、最大流速之半处距壁面距离和水跃区零流速线的计算方法。给出了淹没水跃区最大流速沿程变化的近似计算公式;提出了紊流边界层厚度、最大流速之半处距壁面距离和零流速线的理论计算方法,通过Rajaratnam的试验资料对其进行了验证和修正,给出了实用的计算公式;完善了Rajaratnam最大流速之半处距壁面距离经验公式中系数的计算方法。研究表明,矩形平底渠道淹没水跃区紊流边界层的计算公式在形式上与一般光滑平板一样,与雷诺数1v x/?的1/5次方成反比,与距离x的1.14次方成正比,相对最大流速之半处距壁面距离和零流速线均与跃前断面雷诺数成反比,与相对距离成正比。     

Fluent软件在泄水工程中的应用

本文使用Fluent软件,计算得到了溢洪道、泄洪闸工程泄洪时的泄流能力曲线、壁面压力分布、沿程水面线及流速分布,其结果与模型试验资料吻合良好.特别是在进口断面上自编程序使用了水位边界条件,将流量作为未知量由计算求得,克服了目前许多文献假定进口边界上流量已知、流速沿水深均匀分布的缺陷,增强了软件的实用性,建议计算水力学同行参考应用.     

矩形平底渠道淹没水跃区的紊流边界层发展

根据Rajaratnam对矩形平底渠道淹没水跃区的断面流速分布、最大流速、壁面切应力和最大流速之半处距壁面距离的试验成果,利用Verhoff的附壁射流区的断面流速分布公式和紊流边界层的动量积分方程,研究淹没水跃区紊流边界层的发展、最大流速之半处距壁面距离和水跃区零流速线的计算方法。给出了淹没水跃区最大流速沿程变化的近似计算公式;提出了紊流边界层厚度、最大流速之半处距壁面距离和零流速线的理论计算方法,通过Rajaratnam的试验资料对其进行了验证和修正,给出了实用的计算公式;完善了Rajaratnam最大流速之半处距壁面距离经验公式中系数的计算方法。研究表明,矩形平底渠道淹没水跃区紊流边界层的计算公式在形式上与一般光滑平板一样,与雷诺数1v x/?的1/5次方成反比,与距离x的1.14次方成正比,相对最大流速之半处距壁面距离和零流速线均与跃前断面雷诺数成反比,与相对距离成正比。     

变流场情景下基于鱼类游泳特性的上溯通道分析

水电开发对洄游性鱼类的生境造成了影响,预测目标鱼类洄游期的上溯通道可为修建过鱼设施提供依据,从而减缓其负面效应。本文选取虎渡溪航电工程的下游河段作为研究区域,将长薄鳅、白甲鱼、异鳔鳅鮀作为目标鱼类,针对几种目标鱼类的游泳能力对不同流速进行分区后,得出了适用于多种过鱼目标的流速适宜度曲线,然后对研究区域过鱼期的典型流量进行了数值模拟。根据流速适宜度曲线对研究区域的多种过鱼目标进行了流速适宜度评价,并由评价结果预测了满足多目标过鱼要求的上溯通道。结果表明：流速适宜度评价最优区域出现的位置随流量变化而有所不同,低流量运行条件下出现在主流区域,而高流量运行条件下出现在主流区域两侧;上溯的通道面积占总面积的比例也随流量变化而有所不同,低流量运行条件下的占比约为高流量运行条件下的3 ~ 4倍。根据预测通道特征,对鱼道的进口布置及电站运行调度提供了建议。该结果可为相关鱼类的保护工作提供依据。     

反坡段对侧式进/出水口水力特性影响研究

对于抽水蓄能电站侧式进/出水口,因进/出水口底高程低于库底高程,进/出水口与库区设反坡明渠连接,反坡坡比的大小将影响进出水口水力特性。目前缺乏反坡坡比建议值指导进/出水口设计,本文通过数值模拟研究了6种不同坡比1:1 ~ 1:6对进出水口水力特性的影响。结果表明,对于进/出水口水头损失系数、拦污栅断面流速分布只有在进流工况下坡比对两者存在一定影响。对于进/出水口流态,进流工况,各坡比在进/出水口内部调整段上方均形成了一定高度的回流区,坡比越小,回流区面积比也越小,当坡比小于1:3时,明渠反坡段未出现回流。出流工况,各坡比中、边孔均在反坡段上方出现回流现象,边孔回流区长度模数大于中孔,并且坡比越小,回流区长度模数越大。同时随着坡比由1:1到1:6逐渐减小,平台段水流向库区扩散更加均匀。反坡坡比范围在1:3 ~ 1:4时,进/出水口可以获得较好的水力特性。     

侧式进/出水口及邻近围堰环流消除优化研究

抽水蓄能电站侧式进/出水口施工完成后,往往对其施工围堰采用不完全拆除方式,从而形成残留围堰。当水库运行水位较低时,进/出水口前方水面在残留围堰和地形的影响下,很可能出现不利环流现象。这种不利环流,在出流工况下易造成进/出水口前方水面波动较大,在进流工况下易诱导进/出水口上方形成有害漩涡。本文以潍坊抽水蓄能电站下水库侧式进/出水口为例,采用数值模拟方法,探寻改善围堰附近水流流态的有效措施。为消除围堰附近的环流,对围堰平台的坡底线进行优化,比较各体型优化效果并进行物理模型试验验证。研究表明：侧式进/出水口前存在残留围堰时,进流工况库区水面流态平稳,出流工况围堰附近容易形成不利环流;对称的残留围堰不会避免环流的产生;当残留围堰平台坡底线角度与明渠扩散角度保持一致,可以降低环流强度,水流可平顺均匀地向库区扩散,水流条件有较大改善。本文研究成果可为同类型抽水蓄能电站侧式进/出水口围堰设计提供参考。     

岸边排放污染物浓度场三维浑水水质模型研究

本文建立了考虑泥沙吸附和泥沙冲淤对污染物输移扩散影响的岸边排放污染物浓度场三维浑水水质模型，并模拟了三峡库区涪陵磷肥厂排污口附近的总磷浓度场。浑水水质模型的计算结果与传统清水水质模型的计算结果以及实际观测的结果之间都作了对比，结果发现在同一来流和排污条件下，两种模型计算得到的沿水深平均的污染物浓度场分布比较接近，而沿水深方向的污染物浓度分布有比较明显的差别。与实测结果的对比分析表明：浑水水质模型的计算结果比传统清水水质模型更接近实际，更准确的反映了污染物浓度沿水深方向的分布特征。     

新型介质阻挡放电等离子体激励器的放电与诱导流动特性实验

等离子体流动控制扩大压气机稳定性对等离子体激励器的诱导气流速度提出了更高的要求。进行了新型布局介质阻挡放电等离子体激励器的放电特性与诱导流动特性研究,实验研究不同放电电压和占空比对激励器诱导气流速度的影响,并与传统布局激励器进行了对比分析,探讨其在压气机扩稳实验上应用的可能性。结果表明:相对于传统布局等离子体激励器一个放电周期内有一次"强"放电和一次"弱"放电,新型布局等离子体激励器有两次"强"放电;放电频率为15k Hz时,新型布局激励器的诱导气流速度在较低电压下比传统布局激励器小,在较高电压下比传统布局激励器大,最大速度能达到4.7m/s,因此在高电压下能够更好地抑制压气机叶顶泄露流或泄露涡的流动;两种激励器产生的射流都为紊流,随电压增高诱导气流紊流度增大,且新型布局激励器在高电压下紊流度更大,能更好地促进压气机主流与附面层之间的掺混;固定放电电压和放电频率,两种激励器的诱导气流速度均随着占空比增大而线性增大。     

计及变电站低压侧接线的配电网最大供电能力计算与分析

针对现有最大供电能力(TSC)模型无法反映变电站低压侧接线形式不同以及主变N-1后站内优先转带的问题,提出一种基于N-1仿真逼近的计及变电站低压侧接线的配电网TSC算法。根据我国高压配电变电站10 k V侧典型低压侧接线建立配电网算例,研究TSC随低压侧接线形式不同的变化规律以及低压侧接线对TSC的影响机理。仿真结果表明所提方法所得TSC更为精确。     

抽水蓄能电站侧式进/出水口数值模拟

侧式进/出水口作为目前抽水蓄能电站的主要形式,具有双向水流的特点.本文采用雷诺应力紊流模型(RSM)对侧式进/出水口进行了三维紊流数值模拟,数值计算结果得到了物理模型试验结果的验证,并对三孔侧式进/出水口分流墩间距进行了优化,来流不均匀性对分流的影响进行了定量描述,对弯道后水流的不均匀性进行了探讨.     

Equivalent model of the side wall electrodynamic suspension system

The side wall electrodynamic suspension (EDS) system has the advantage of not requiring gap control, and the magnetic drag is smaller than for the repulsion arrangement. This levitation system is applied in the JR magnetically levitated (Maglev) transportation system. The experimental results in the Miyazaki test line seem to indicate that this system has large damping. However, calculations show that this system has little damping and the reason for large damping in the test line is not clear. Thus, running characteristics and improved design can be investigated using numerical analysis to improve riding comfort and reduce loss of the superconducting magnet. Since this is a non-linear system, complicated analysis is needed. Usually the running characteristics of this EDS system are given by a numerical analysis that combines electromagnetic phenomena with mechanical equations of motion. However, this method requires very large calculation times. Thus, a simpler suspension model for this EDS system is needed. This paper presents levitation and guidance characteristics of the system and develops an equivalent suspension system model from the electric circuit characteristics. The approximation is developed by a simple function of the velocity and position of the bogie. The dynamic movement of the bogie was calculated easily using this model, and the results correspond to the results given by the electric circuit model. © 1998 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 124(2): 63–73, 1998