消力池底板及导墙脉动压力特性试验研究

消力池底板属轻型结构,其结构的振动、抗冲、稳定等均与底板水跃区的水流脉动强度直接相关。依托某工程,对底流消能的消力池底板及导墙脉动压力特性进行了较系统的水力学模型试验研究,通过对水流脉动压力测试数据的综合分析,获得了消力池底板及导墙动水压力的分布规律以及点、面压力脉动的换算关系。研究丰富和发展了消力池及导墙的脉动压力特性研究,可为底流消能形式的水流动力特性深入研究提供科学参考。     

前柱和后柱对并列双柱脉动压力的干扰

本文研究了在并列双圆柱的正前方或正后加上一个等直径的圆柱，组成等边三角形排列的三圆柱的脉动压力分布，着重研究前柱或后柱对并列双圆柱脉动压力分布的影响，同时还在相同的试验条件下，进行了并列圆柱和三圆柱脉动压的比较。结果表明，并列双圆柱前方或后主库上第三个圆柱形成的等边三角形排列的三圆柱，受影响严重的是后排圆柱，脉动压力分布出现了严重的不对称，内侧的压力脉动极其强烈，外侧的压力脉动很弱，与时均压力分布     

重叠布置泄水建筑物坝面隔墙 脉动压力特性研究

采用数值模拟的方法,利用大涡模型对重叠布置泄水建筑物泄流工况进行模拟计算,试验数据验证结果表明数值模拟方法合理可行。根据实测数据和计算结果,对坝面隔墙处脉动压力特性进行分析研究。通过对流场分布、频谱分析以及脉动压力强度系数等研究,分析得出脉动压力的脉动源以及脉动压力在隔墙上的分布规律。     

淹没水跃导墙上脉动压力的幅频特性

本文用实验方法研究淹没水跃条件下导水墙面上脉动压力的幅频特性，根据实验结果，文中给出了各测压点脉动压力的均方根值表，脉动压力分布曲线，最大脉动压力的预期值及其变化范围，并将其与其它工程资料比较，除此之外，文中还给出了脉动压力的主频率表，不同频率区间对脉动压力贡献的百分比，还讨论了面板不同部位的主要压力脉动源及脉动压力的因素。     

尾水管压力脉动试验分析

借助于模型转轮流态观测系统，对模型转轮尾水涡带宽度的变化规律进行了研究，并与压力脉动测量值进行了比较，研究试验中各工况参数，涡带宽度，压力脉动之间的关系，从而进一步分析水轮机的振动特性，其中发现了尾水压力脉动平缓区现象，这在研究水轮机的水力振动现象中还是新发展。     

高水头混流式水轮机减负荷瞬态流动特性研究

为了平衡和补偿间歇性可再生能源不定时并网对电网的不利冲击,水轮机不得不频繁地经历减负荷瞬态工况转换过程,从而诱发水轮机内部不稳定的压力脉动及涡流结构。基于多面体网格及动网格技术,开展了高水头混流式水轮机导叶关闭减负荷过程水轮机特征参数响应、压力脉动及涡流演化特性的数值模拟工作。研究发现,采用压力边界条件获得的水轮机水头与试验结果吻合较好,流量结果可信度高。负荷变化过程中,无叶区压力脉动相对变化趋势与导叶运动规律一致,且幅值变化不大。导叶开始及停止运动,引起尾水管内的压力信号发生突变,并逐渐形成低频周期性压力脉动。涡带运动诱发的不稳定压力脉动,是转轮轴向水推力形成的主要原因。在导叶闭合过程中,强度较小的轴对称涡带首先沿轴向和径向拉伸,随后沿轴向收缩。导叶停止运动进入部分负荷工况,直涡结构进一步收缩,演变为细长状双螺旋结构,最后双螺旋涡结构合并成强度较高的单一螺旋状涡带。此外,水轮机负荷的减小使尾水管内出现回流,漩涡运动等不稳定现象。     

传感器尺寸对脉动壁压信号的影响

水流脉动壁压的研究,通常用压力传感器测得脉动壁压信号,然后对信号进行分析,求得脉动壁压有关特性.显然,压力传感器的尺寸大小,对壁压信号有平均化作用,本文对两者的关系进行了探讨.     

水轮机压力脉动诱发厂房振动分析

对于巨型水轮机压力脉动诱发的厂房结构振动，研究了模型水轮机压力脉动的时域和频率特征以及原型与模型问的相似关系；利用动力时程分析法计算了结构在水力激励下的振动反应，分析探讨了压力脉动不同分布特性对振动强度的影响，进行了压力脉动幅值的敏感性分析；最后，借鉴国内外相关振动规程，对厂房振动加以评价。     

乌江银盘水电站消力池及导墙脉动压力特性研究

依托乌江银盘水电站,对底流消能消力池底板及导墙脉动压力特性进行了较系统的水力学模型试验研究。通过大量点、面水流脉动荷载测试数据的综合分析,获得了消力池底板及导墙动水压力的分布规律。该研究丰富和发展了底流式消力池及导墙的脉动压力特性研究,可为对该类消能形式水流动力特性的深入研究提供科学参考。     

水流压力脉动的特性及模型相似律

本文论述了某溢流坝原型和系列模型水流压力脉动的研究成果,内容包括急流边界与强紊流区压力脉动的强度、幅值的概率分布、最大值的估计、滤波对强度值的影响,以及压力脉动的频率特性等。文中对水流压力脉动的模型相似律进行深入研究,对急流边界压力脉动的空间相关尺度进行探讨。     

轴流泵装置模型试验压力脉动特性研究

结合南水北调某轴流泵装置模型试验,研究了泵站机组的压力脉动情况。研究表明：设计工况时,压力脉动的频率脉动相对幅值较小,一旦偏离设计工况,随着扬程的减小,脉动相对幅值增大,叶轮进口处存在比较明显的压力脉动,叶轮出口处压力脉动相对幅值比进口处减小,出水流道处的压力脉动相对幅值比叶轮出口处又有所增加。在小扬程工况下,压力脉动的频率值以叶片通过频率为主;在大扬程工况下,由于泵内湍流强烈的不规则运动,低于1倍叶片通过频率的低频脉动会随着流量的减小幅值越来越大并占据主导地位。     

水工弧形闸门水流脉动压力特性的试验研究

弧形闸门属轻型结构,其振动、稳定性等直接与水流脉动压力相关。为研究弧形闸门上水流脉动压力特性,在试验室内开展了一系列模型试验,通过对闸门面板上大量测点水流脉动压力数据的系统分析,获得了水流脉动压力幅值和频率在闸门面板上的分布规律,以及闸门开度、上下游水位变化对脉动压力的影响。     

水下航行体壁面脉动压力的大涡模拟研究

湍流壁面脉动压力是重要的水动力噪声源,开展相应的计算与试验研究十分必要。作者在大涡模拟的理论框架下,结合精细网格生成技术,对于水下航行体的壁面脉动压力进行了数值预报。首先,详细描述了所使用的大涡模拟方程与动态Smagorinsky亚格子模型,介绍了离散求解的数值方法。其次,利用大涡模拟计算了SUBOFF模型主体与附体上的表面压力分布,并利用试验结果进行了验证,分析了大涡模拟方法计算定常流动的可靠性。再次,计算了平板的湍流壁面脉动压力,并与CSSRC的消音风洞试验结果进行了对比,分析了大涡模拟方法计算非定常流动的可靠性。最后,对于水下航行体模型主体上三个位置与围壳上四个位置处的壁面脉动压力进行了大涡模拟,得到了脉动压力1/3OCT频谱,分析了频谱高频与低频特性以及衰减特性,并用试验结果进行了验证。研究表明,本文建立的水下航行体壁面脉动压力的数值预报方法是可靠的。     

水工弧形闸门水流脉动压力特性的试验研究北大核心

弧形闸门属轻型结构,其振动、稳定性等直接与水流脉动压力相关。为研究弧形闸门上水流脉动压力特性,在试验室内开展了一系列模型试验,通过对闸门面板上大量测点水流脉动压力数据的系统分析,获得了水流脉动压力幅值和频率在闸门面板上的分布规律,以及闸门开度、上下游水位变化对脉动压力的影响。     

间歇吸气旋涡对进水口消涡工脉动压力的影响及其点面关系的转化

对间歇旋涡作用下进水口消涡工脉动压力特性进行了试验研究，给出了作用于消涡工上的脉动压力的时间相关特性、频率特性以及空间相关特性。由时空相关特性得到涡体的传递速度，在此基础上用数理统计理论将场分布的脉动压力转化为结点荷载，从而为在脉动压力作用下消涡工响应的有限元计算提供了一种荷载补理的方法。     

基于CFD的大型立式轴流泵反向发电稳定性能分析

为研究南水北调东线某泵站机组反向发电的稳定性,对流道模型进行了正向反向运行最优工况下的全数值模拟,以研究反向发电工况的压力脉动分布规律。在转轮进出口截面径向周向各设置监测点。计算结果表明,反向发电工况下,转轮前后各监测点压力脉动均高于泵工况下各点。反向发电工况下,受流道进出口的影响,转轮出口压力各点的脉动幅值最大,其值约为转轮进口处2倍,从轮毂到轮缘各点压力脉动逐渐增大。水流受转轮转动影响严重,压力脉动主频为叶频,机组的不稳定增加。     

抽水蓄能电站多倍叶频强振来源研究

抽水蓄能电站机组和厂房振动问题非常突出,其振动频率多为2或3倍水泵水轮机转轮叶片通过频率,该频率的产生机理一直没有明确可信答案,强振问题迟迟得不到解决。为弄清该问题,在对国内十余个抽水蓄能电站运行稳定性调研的基础上,对电站强振频率、波形与水泵水轮机导叶前压力脉动频率、波形进行了对比研究,发现了二者之间的相同点及脉络联系,发现产生于导叶前的空化衍生压力脉动是引起厂房振动的根源。研究从无叶区压力脉动的幅值及频率特性入手,总结提出了无叶区压力脉动的传播规律,指出多倍叶频压力脉动并非直接源自转轮,而是发源于导叶前的空化衍生压力脉动。无叶区压力脉动主要以压力波方式由转轮向上游传播,在经过导叶进水边因脱流而产生的旋涡空腔时,使空腔产生膨胀-收缩循环变化,产生空化衍生压力脉动。每一个导叶前旋涡空腔产生一个叶频空化衍生压力脉动,所有散布在转轮周围的导叶前压力脉动会在导叶前测点叠加成一周期长短不一的压力脉动,其分析频率为多倍叶频,该倍数通常为转轮叶道对导叶的整数覆盖系数。这说明,没有导叶、固定导叶区域空化空腔的存在,就没有多倍叶频空化衍生压力脉动及机组和厂房强振。     

科研、教学简讯

为适应生产与科研的需要,近年来,水利水电科学研究院水力学研究所在高速水流脉动及水工建筑物的振动问题作了一系列工作。为研究大渡河二滩水电站厂房顶溢流时高速水流引起厂房结构振动问题,进行了建筑物断面模型试验。量测了水流压力脉动强度及谱特性(包括建筑物表面一些特征点的水流压力脉动特性,以及一些局部表面所受总压力的脉动特性),然后,将水流压力脉动特征值作为输入数据,利用随机荷载下建筑物结构振动二维有限元程序,计算出二滩水     

基于高压脉动水力压裂的脉动波传播机理研究

脉动水力压裂技术是一项具有广阔前景的增渗新技术。当前脉动压裂过程中传播机理研究较少,为更好地研究脉动压裂增压效果与裂缝中传播机理,指导脉动水力压裂施工。该文基于波动方程和湍流模型,编制计算程序,建立模拟井下压力传播物理模型和类地层边界条件,研究了脉动压裂传播机理。计算结果表明:该模拟条件下,脉动波传播特征与实验结果具有较高吻合度,得出以下三个结论:(1)脉动压裂能够获得比静载压裂更高压力,提高压力值约30%;矩形脉动波比正弦脉动波与锯齿脉动波能够获得更高压力,提高压力约20%。(2)矩形脉动波压力值从波谷阶跃到波峰产生"水锤效应"明显,利于提高流体压力。(3)脉动压裂压力波衰减满足线性对数关系:y=-A·ln(x)+B,y为压力值,x为传播距离,A和B为常数系数;传播过程中脉动水力能量主要消耗在近井壁地带。研究成果有利于指导优化脉动水力压裂工艺参数。     

后置灯泡贯流泵压力脉动特性数值模拟

为研究不同工况下某南水北调泵站后置灯泡贯流泵叶轮导叶压力脉动规律,通过计算流体动力学（computational fluid dynamics,CFD)对偏流量、偏水位工况叶轮导叶区压力脉动进行计算与分析,结果表明：叶轮导叶区压力脉动时域图周期性明显,叶轮叶片个数对压力脉动主次频有一定影响,叶轮导叶区主次频均为整倍数叶频,叶轮导叶区压力脉动幅值整体从轮缘到轮毂呈减小趋势,叶轮区的压力脉动幅值明显大于导叶区。非设计水位工况下叶轮导叶区压力脉动幅值略大于设计工况,主次频未发生明显变化;非设计流量工况中小流量工况与大流量工况压力脉动幅值均大于设计工况,各个监测点的小流量工况压力脉动幅值为设计工况的2~3倍,且在此工况下低频脉动明显。可见非设计工况运行对机组压力脉动幅值的影响较大,长期在非设计工况下运行严重影响机组运行效率,泵站运行应尽量避免非设计工况运行的情况。研究结论可为泵站日常运维和研究异常水力振动提参考。