拱坝表孔泄流下游消能防冲形式的试验研究

摘 要：针对中型拱坝下游消能防冲形式的选择问题,通过物理模型试验,对比分析了长护坦防护、水垫塘+二道坝和短护坦先冲后护三种布置形式下相应的水力学指标。试验结果表明：长护坦方案时,水垫塘内水流流态较差,底板和护岸易失稳破坏;水垫塘+二道坝方案时,水流流态和各项水力学指标满足要求,但水垫塘和二道坝的造价较高;短护坦先冲后护方案时,冲坑位置及深度均在允许范围内,该方案的应用会受到拱坝下游地质条件的制约。依据短护坦先冲后护的试验成果,提出初步确定短护坦防护范围的方法。本工程下泄的单宽流量较小,根据试验成果及类似工程经验,并结合坝址地质和工程造价因素,推荐消能工布置方案为“短护坦先冲后护”方式。     

基于微遗传算法的低比转速泵叶轮的优化

提出一种解决加大流量设计对低比转速泵叶轮进行水力设计易出现驼峰,轴功率易产生过载现象的直接优化设计方法,得到综合性能较好的叶轮。其优化设计方法:通过加大流量设计理论设计初始叶轮,将得到的初始叶轮个体与随机个体作为微遗传算法的初始群体中的染色体,并以效率、消除驼峰、气蚀余量最小为分目标函数建立多目标规划作为适应度,进行微遗传操作。最后,结合设计实例进行验证。研究结果表明,将微遗传算法和加大流量设计理论相结合,直接对叶轮进行优化的方法,提升了低比转速泵的综合性能。     

脱硫填料吸收塔的工艺设计研究

将矿石焙烧炉送出的气体冷却到25℃后送入填料吸收塔中,采用20℃清水洗涤以除去其中的SO2。吸收塔选用逆流吸收流程,以提高传质效率。运用国内有关标准规范,对填料吸收塔的工艺进行设计计算。设计结果可为脱硫行业填料吸收塔的工艺设计提供参考。     

进占方式对戗堤局部冲刷影响的三维数值模拟

在实施土石堤坝溃口快速封堵、河道截流等水利和防洪减灾工程时,口门或龙口处存在较强的局部冲刷。基于已有的经圆柱、丁坝局部冲刷试验结果验证的三维数值模型,模拟了单向、双向进占方式下龙口宽度B/H=4.3、5.8时堤头和河床的局部冲刷发展。根据水流特性与冲刷发展的关系,分析了加剧局部冲刷的水流结构和进占方式对局部冲刷发展的影响规律。研究结果表明:单向进占时,戗堤对水流和冲刷发展存在偏移效应;冲刷在初始阶段均表现为沿堤头上游、裹头下游形成的斜向轴线冲刷趋势,堤头上游绕流后的边界冲刷在整个冲刷过程中始终剧烈;进占长度对水流冲刷偏移效应产生影响,在B/H=5.8时剧烈淘刷区位于戗堤堤头上游的底部堤脚,但是在B/H=4.3时则位于裹头下游。双向进占时,水流沿龙口轴线对称分布;进占长度影响戗堤局部冲刷的剧烈程度。下潜水流和涡旋是造成戗堤局部冲刷的主要原因。     

透水四面体截流材料的稳定性试验研究

实体四面体结构的人工预制抛投材料在截流工程中广泛应用于代替大质量的天然块石,具有透水性的四面体结构则在江河堤岸的防冲促淤中广泛使用,且效果甚佳。文中通过物理模型试验,结合透水四面体结构的特点和截流工程理论,研究了材料在水中的稳定特性,与实体四面体结构进行了对比。探讨了透水四面体在截流工程中的应用可能性。研究结果表明:透水四面体的表面开孔率对落水后的稳定性有较大的影响;开孔率为32.15%时稳定性最优,且止动流速与实体四面体基本相当;流场特性优于实体四面体,有效减轻了漩涡造成的不利影响。适当提高人工预制截流材料的透水性,提升稳定性的新途径是可借鉴的。     

曲线型局部超高阶梯溢洪道的水力特性

针对在高弗劳德Fr、大流速的来流下,曲线型光滑溢洪道的凹岸水位严重超高,凸岸出现底板露底,进入消力池的水流流态恶劣等不良水力现象,提出一种曲线型局部超高阶梯溢洪道。该溢洪道内布置多级阶梯,每级阶梯的凹岸和凸岸底部高程不同,且凹岸高于凸岸。利用水工模型试验和3维数值模拟方法详细研究水力特性。试验依托于某水库的岸边溢洪道工程,数值模型基于RNG""紊流模型和VOF法。与试验测量的阶梯溢洪道沿程流速、水面线分布等数据比较表明,数值模型的可靠性和准确度满足工程计算要求。通过试验分析光滑和阶梯溢洪道内的水流流态,验证了该溢洪道在工程中应用的可行性。从3个特征横断面水面线、流速分布,以及第Ⅱ特征断面所处的阶梯平台、凹凸岸边墙和中轴线沿程流速矢量、压力分布结果可以看出,横断面的流速、水深分布趋于均匀,凸岸底板的露底现象消失,岸边的折冲水流被极大削减;负压区出现在凹岸边墙、竖立面和阶梯平台形成的3维区域内,范围较小;阶梯平台上存在横向水流,与主流共同形成3维消能区,明显加强沿程水流能量耗散,入池流速得到减缓,平稳下泄进入消力池。在曲线型溢洪道内布置局部超高阶梯能成功解决大流速、高弗劳德数急流条件下出现的恶劣流态,增加能量损失,但需要结合前置掺气坎解决空蚀空化问题。     

水源热泵空调系统的经济分析与应用

从水源热泵的节能环保性和经济性特点出发,结合国内外应用水源热泵空调系统的现状和发展趋势,以广西桂林某工程实际应用为研究对象,利用经济评价方法,对采用传统空调系统和水源热泵空调系统两种方案进行了分析与比较。研究表明：虽然水源热泵技术在初期投资中资金规模较大,但是长期的经济性效果显著。     

截流戗堤单向进占的局部冲刷三维数值模拟

戗堤截流主要在河道截流和堤坝溃口封堵等水利和防洪减灾工程中得到应用,戗堤周围的水力冲刷直接影响工程的安全性。由于戗堤进占过程表现出较强的三维非恒定性,因此目前采用三维数值模型全面细致地模拟进占过程中戗堤周围的三维水流结构和冲刷特性较少。该文基于有限体积法和非结构化的计算网格构建了以水动力学模型、泥沙冲淤和河床变形方程为基础的三维局部冲刷数值模型,从室内明渠截流工程实验中得到的龙口平均流速、上下游水位落差、底床切应力分布与地形变化的关系等结果验证了数值模型的可靠性。利用该数值模型模拟了截流戗堤单向进占方式下不同进占长度时戗堤附近和龙口处的三维水流特性,以及戗堤周围局部冲刷地形的发展。通过分析水流特性与冲刷坑发展的关系,阐述了戗堤周围局部冲刷的物理成因。研究结果表明:涡旋和下潜水流是戗堤附近河床剧烈淘刷的主要原因;单向进占时戗堤对水流具有偏移效应;在初始阶段,冲刷趋势表现为沿堤头的上游至裹头下游形成的斜向轴线冲刷;在冲刷发展过程中,龙口中部出现泥沙淤积,主要冲刷区位于戗堤和裹头绕流后的底床。研究成果进一步表明数值仿真技术可应用于工程截流实践中,能预测截流中可能出现严重堤脚淘刷的位置与趋势。     

漂浮式潜水泵的研究与应用

漂浮式潜水泵广泛应用于消防、城市排涝、抗旱以及生活用水输送等用途,但是它与众不同的工作原理和结构特点,导致其发展缓慢。因此,本文通过对漂浮式潜水泵的国内外研究现状、结构特点以及使用要求和发展趋势等关键技术进行了分析,可为国内对漂浮式潜水泵的研究提供支持和借鉴。     

叶巴滩水电站导流洞水压力分布研究

导流隧洞作为泄水建筑物，洞身、洞顶和底板的压力分布对于避免空蚀空化、振动等不良现象至关重要。以叶巴滩水电站导流隧洞为例，基于物理模型试验、RNG k-ω紊流模型、VOF法建立的三维数值模型模拟了导流隧洞压力分布，通过泄流能力、底板沿程压力等试验数据验证了数值模型的可靠性。结果表明，导流隧洞底板和顶部沿程压力分布均呈下降趋势，但在闸室段、堵头段等水力边界突变处，压力值发生了波动；在转弯段，水流受离心力影响显著，主流区位置和水流压力存在偏离轴线，靠近外边墙的趋势。