龙抬头泄洪洞反弧段空化空蚀研究进展

根据国内外大量的工程实例,在前人研究的基础上,系统总结了龙抬头泄洪洞反弧段空化特性和空蚀成因,同时对反弧段的掺气减蚀和反弧段抗蚀体型的现有成果进行了综述,指出关于体型优化和掺气设施研究,数值实验具有花费少、适应能力强、提供的流场资料详细、便利方案选择等优点.     

泄水建筑物反弧末端掺气坎的布置研究

在泄水建筑物中,为了减免在高速水流作用下过流面发生空蚀破坏,反弧段末端常常设置掺气坎.工程实践和科研表明,当掺气坎后为小底坡时,空腔内容易出现回水壅堵现象,减小了有效空腔长度,掺气效果不理想.采用数值模拟、模型试验的方法,对反弧末端掺气坎的布置进行了探讨得出:在泄洪洞反弧段末端设置底部掺气坎时,反弧段后附加离心力对底部空腔长度有显著影响.在反弧末段增加水平延长段后,反弧段下切点之后附加离心力具有过渡性质,随着附加离心力的减小,掺气坎后空腔长度有明显增加区间;水平延长段长度与反弧弧长的比在0.16范围内为空腔长度明显增加区间,在此区间内掺气坎后水流的水力特性得到了改善.     

溢流坝反弧水深计算的研究

在消力戽水力设计中,按弧形底板上的水跃计算法和按形成戽内表面旋滚的“临界”水深法都需计算溢流坝反弧段底部的收缩水深h_c(图1)。对于反弧收缩水深的计算,曾经有经验公式,渐变流收缩水深公式。文献[4]指出经验公式缺乏理论依据;渐变流公式不能反映反弧段急变流的流动情况,当水深较大时误差很大。文献[4]中导出了恒定急变流能量方程,并假设反弧段水流线为同心园,采用极坐标,应用恒定急变流能量方程推导出了急变流收缩水深公式。本文应用恒定急变流能量方程,对反弧段水流流线的曲率半径分别采用等半径假设、同心园假设、变半径假设,推导出不同的急变流收缩水深公式。把这些公式的计算值与实验资料比较后,本文认为:采用变半径假设推导的公式适用范围更大。     

掺气防止消力池辅助消能工空蚀破坏的研究

对与消力池辅助消能工空蚀破坏有关的主要水力要素掺气浓度、时均水动压强进行了有无强迫掺气的对比试验研究,测量结果说明用挑跌坎式掺气设施促使入消力池水流强迫掺气,可以增大水跃主流区掺气浓度、减小易蚀区时均动水负压,有利防止空蚀破坏。另外,也证实了强迫掺气对改善水跃消能有利。     

球泡在固液两相中的溃灭研究

建立了可压缩固液两相流中单球泡泡壁运动的动力学方程。通过数值计算分析了液体可压缩性、固体颗粒粒径及浓度对球泡溃灭特性的影响，定性地解释了在小粒径泥沙条件下发生泥沙磨损和空蚀联合破坏的机理。     

高水头泄水建筑物侧墙掺气减蚀特性研究

工程中通常采用强迫掺气减蚀措施,防止泄水建筑物在高速水流作用下发生空蚀破坏,但在保护过流面底板的同时,忽视了对其侧墙的保护。为了减免位于高流速区域和低压区域侧墙发生空化空蚀,消除侧墙清水区,采用理论分析和物理模型试验研究方法,对龙抬头明流泄洪洞下游边墙掺气减蚀进行了研究,提出了在反弧末端加折流器（突扩）和突跌掺气方式。结果表明,采用突扩和突跌的掺气方式后,侧墙水流的出射角增大,侧空腔畅通,并直接和底空腔相连,有助于掺气坎后水舌的全断面的掺气,对侧墙和底板皆起到了很好的保护作用。     

水轮机空化系数的动态测定

水轮机叶片上的空化空蚀破坏造成水电站的频繁检修，利用计算流体力学软件Fluent对HL240型水轮机的设计工况进行数值模拟，模拟结果求出的空化系数与模型试验非常吻合。在一定的时段对机组的运行工况进行数值模拟，利用模拟结果可得到该时段叶片各个区域上的空化系数，从而判断该区域是否发生空化空蚀。把不同时段的结果进行汇总，则可以得到整个叶片上发生空化空蚀的总区域和各区域发生空蚀破坏的程度，从而对水轮机何时进行检修提供理论指导，使水电站经济效益达到最大化。     

垂直汇流中空化状态分级探讨

空化空蚀现象、特征和机理的深入了解和认识,对于计算确定空化诱生荷载、预报空化空蚀危害等方面都有重要作用。本文系统地研究了作者根据水利工程中交汇水流和横轴漩涡空化空蚀破坏实例而设计的垂直汇流实验装置中空化发生、发展的一系列空化现象和特征,以初生空化和阻塞空化作为空化发展的两个重要性态转变指标,对空化的整个发生、发展和演变过程提出了一种新的分级方法,并且对垂直汇流中的各空化状态以10~(-3)秒速度拍摄了照片。本文的工作对其它空化源空化空蚀机理的研究有参考价值。     

黏性沙级配对高速水流空化空蚀的影响

为研究黏性沙不同级配对高速水流空化空蚀的影响及机制,利用自主研发的小型循环式水洞试验装置,采用两条不同的黏性沙级配曲线进行较系统的试验研究。通过配置黏性沙小于某一粒径不同质量分数的挟沙水流,用压力动态数据采集系统实时量测水洞工作段空化区和空蚀区的压力;制作不同配合比的混凝土试件,使混凝土试件在黏性沙小于某一粒径不同质量分数工况下进行4 h的空蚀试验,以混凝土试件每小时质量损失表征空蚀量。结果表明：水洞工作段空蚀区各测点的时均压力和空化数随黏性沙小于某一粒径质量分数的减小而增大;混凝土试件空蚀量随黏性沙小于某一粒径质量分数的减小而增加;流速相同时,较高强度配合比混凝土试件的抗空蚀能力明显优于较低强度配合比的混凝土试件;较低流速下空蚀区主要位于试件前段,较高流速下则位于试件后段;试验所用黏性沙细颗粒比重越大,空蚀量越大。     

水力机械过流表面空蚀程度的图像检测

在闭式循环水洞即空蚀磨损试验系统中,对铝制raf61翼型,在空化数为0.6的条件下进行空蚀程度研究.传统的量化方式难以满足测量要求,提出了数字图像检测的方法.获取翼型表面SEM空蚀图像,针对图像直方图单峰分布进行背景灰度级修正,采用Canny算子检测空蚀坑洞边缘,二值形态学方法统计计算空蚀破坏表面参数.检测结果表明:该表面蚀坑数为1.54个,空蚀破坏表面积为8.3865 ×10~4个像素,图像测量检测有较高精度.     

低坝消力戽的水流特性

本文阐述了在低坝中应用消力戽宣泄单宽流量１～５．５ｍ３／ｓ·ｍ时的下游水流流态演变规律及各种流态下的冲刷特性，并探讨了小流量初始泄流对下游河床的影响。得出的结论是：在适宜的水力要素及结构尺寸条件下，随着消力戽下游水位由低向高变化，依次出现与高坝中相同的水流流态。在溢流低坝中采用消力戽消能在技术上是可行的。     

孔板和文丘里管复合结构空化器的优化设计

利用ANSYS-CFX软件, 在相关水力装置空化器研究的基础上, 对孔板和文丘里管复合结构空化器的空化效果进行模拟优化。在孔板结构参数相同、位置一定的条件下, 对复合结构空化器的空化流场进行数值模拟, 探讨3种不同形式的文丘里管喉部结构对空化效果的影响。通过对空化流场的压力分布、空泡体积分数以及汽含率的分析, 结果表明:文丘里管喉部结构形式对空化效果有着明显的影响, 在相同的边界条件下, 急剧型的复合结构空化器空化效果更强。       

A new type of leak-floor flip bucket

Flip buckets are commonly used to discharge flow away from a hydraulic structure into the downstream to dissipate energy.A new leak-floor flip bucket is presented,making the ski-jump water jet a typical long-narrow nappe.Based on the model experiments and numerical simulation,the flow pattern,formation process and mechanism of the leak-floor flip bucket are studied.The results show that cross section flow shape develops from the"Y-type"to"|-type",and this is because the natural pressure difference is generated when water flows through the leak-floor area and moves transversely from both sides to the center.Different from the slit-type flip bucket with sidewall contraction,the leak-floor flit bucket makes the water jet narrow and long without high pressure on the side walls of the flip bucket.Under the same jet length condition,the maximum sidewall pressure of the slit-type is 4.67 times that of the leak-floor flip bucket.The effects of flow discharge on the jet length are less significant for the leak-floor bucket than for the slit-type bucket.     

渥奇面上掺气挑坎位置的试验与数值计算分析

采用了紊流模型对设掺气挑坎的渥奇面流场进行了计算,并通过试验验证,发现该模型可较精确地模拟挑流流场和掺气空腔.同时结合试验资料,对掺气挑坎的布设位置进行了研究,得出了相同体型和水力条件下挑坎布于渥奇段下游优于上游的结论,前者流态稳定,散水减弱,下游掺气较佳,可成功解决渥奇段下接高速水流区的掺气减蚀问题,该模型和位置优化结果对掺气挑坎设计选型及布置有指导意义.     

高水头大流量泄洪洞挑坎体型优化及下游冲淤研究

针对某水电站泄洪洞出口挑坎水力特性和下游河道冲淤特性进行了试验研究。结合水力参数和下游河道冲淤变化规律的测试,探讨了泄洪洞挑坎原设计方案存在的主要问题。对不同挑坎位置和体型进行了对比试验,分析了各个方案的优缺点,最终提出了水流条件、冲淤特性均较优的椭圆型挑坎。研究成果可为实际工程设计提供试验依据。     

改善泄洪放空洞挑流消能效果的试验研究

采用水力模拟方法研究了某水库泄洪放空洞泄流状况及下游消能、冲刷、流态等问题.由于该泄洪放空洞属改建,轴向布置与下游河道边界不相适应,挑射水流入河后顶冲下游河道右岸防护堤,引起强烈的涌浪波动,以致壅高水位并造成流态紊乱,直接威胁堤防.通过分析研究,提出了将挑流鼻坎向左转角32°的优化方案,并采用束窄出口及圆弧扭面衔接的技术,调整挑射水流方向,有效保证了下游消能安全,同时避免了主流顶冲右岸堤防;由于消除了拦沙坎,下游出流平顺,边岸涌浪基本消失,大大降低了下游洪水位,削减了边岸回流强度与淘刷,保证了右岸施工营地的安全.     

挑流水舌断面形态的演化

以东江水电站溢洪道为背景,通过实验对等宽挑坎与窄缝挑坎挑流水舌断面形态的演化进行了探讨,得到了水舌断面形态的总体变化特征,并给出了断面面积和湿周的沿程变化.     

Cavitation Inception in Turbulent Flows Around a Hydrofoil

For most engineering purposes cavitation de-grades performance.Engineering designs are ai med atproducing geometries and operating conditions thatresist cavitation.It is desirable to identify,under-stand,predict,and control the physical mechanismsleading to cavitation inception.One of the centralproblems in cavitation research has been the predic-tion of the onset or inception of cavitation.The cavi-tation occurring in a flow system is related to thepressure field and viscous flowpatterns[1].…     

黄河天桥水电站运行方式探讨

为了解决天桥水电站双层泄洪闸下游的面流消能衔接及流态转化问题,利用除险加固新增泄水建筑物提高了枢纽的泄洪能力.在一般洪水期采用双层闸底孔和新增泄水建筑物联合泄洪的运行方式,改善了大泄量时下游的流态和消能,扩大了下游面流的适用范围,并通过水工模型试验进行了验证,为工程泄洪调度和安全运行提供了重要的依据.但是护坦加长引起的面流界限水深的上移,在运行管理中应注意.     

官帽舟水电站泄洪洞出口形式优化试验研究

运用官帽舟水利枢纽整体水工物理模型,对溢洪道、泄洪洞体形结构进行试验研究.针对原设计方案中水舌冲刷右岸边坡且冲刷深度较大的问题,提出了4种优化方案,通过试验成果比较后,选择方案Ⅳ为推荐方案对泄洪洞挑坎体形进行修正.通过调整挑流鼻坎边墙形状、出口宽度、挑坎角度以及增加差动墩的方法,优化了泄洪洞出口挑坎,使下泄水流更顺畅,消能更充分,满足下游两岸防冲要求.