坎深和入池角度对跌坎型底流消能工水力特性影响的试验研究

采用水力学试验方法,对跌坎型底流消能工的水流流态、时均动水压力分布以及临底流速进行了分析.并对影响消力池水力特性的跌坎深度和水流入池角度进行了研究.研究表明跌坎型底流消能工能有效改善消力池内的水力学指标,但跌坎深度和水流入池角度对其影响较大.因此,如何确定消力池的跌坎高度和水流入池角度是进行消力池设计的关键.     

跌坎型底流消能工附壁射流区脉动压力特性的数值模拟

采用RNGk-ε模型与VOF模型对跌坎型底流消能工附壁射流区内底板的脉动压力特性进行数值模拟,分析了脉动压力在该区的时域、频域特征以及沿程变化情况.结果表明:从附壁射流区起点处脉动强度沿程增强,在该区0.3D处达到最大,后又沿程衰减,在附壁区终点处脉动几乎为0,通过对9种不同水力条件工况的研究,分析出跌坎深度、入池角度、入池能量对该区脉动压力的影响,为跌坎消能工附壁区脉动破坏研究和荷载计算提供一定的参考依据.     

跌坎深度对跌坎型底流消能工水力特性影响的数值模拟分析

采用RNGk-ε双方程紊流模型进行数值模拟,就跌坎深度对跌坎型底流消能工水力特性的影响进行分析,并将模拟结果与模型试验观测值进行了对比,验证数学模型的可行性,为跌坎型底流消能工的设计提供参考.     

新型射流消能的流态演变与极限临底流速研究

本文列举了多个水电站采用挑流及底流消能的应用情况及泄洪雾化特点。针对向家坝水电站所采用的多股多层水平淹没射流的消能型式,分析了影响其效率效果的17个物理参数。表孔单独泄洪条件下,消力池内分别呈自由射流、半潜射流、淹没射流及回复底流的流态演变;中孔单独泄洪条件下,随下游水位的变化,其出现偏流,并随下游水位的升高而消失,同时空间扩散比对其流态演变影响明显;联合泄洪,下游水位对其流态演变影响明显,同时表孔适当收缩对流态改变影响明显。研究表明：表孔单独泄洪,影响其最大临底流速的参数为出口跌坎高程和水流弗氏数;中孔单独泄洪,影响最大临底流速的参数主要为出口跌坎高程和跌坎底坡比;联合泄洪,影响其最大临底流速的为表孔收缩比、表孔侧收缩比、表中孔出口高程差、表中孔出口水流弗氏数及中孔跌坎底坡比。本文展望了高水头大流量低雾化泄洪消能的研究前景。     

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。     

微挑消力池的数值模拟与试验研究

针对微挑消力池,通过水工模型试验和3维RNGk-ε紊流模型数值模拟研究了此体型消力池的水力特性,计算结果显示其水流特性、水面线特征、流速及压力分布与模型试验结果吻合,同时揭示了微挑消力池不同于常规反弧平底消力池的特性。模拟计算与模型试验结果均表明,与常规反弧平底消力池相比,微挑消力池可以造成自入池段水流较强的紊动,降低临底流速,减小消力池底板冲磨破坏的可能。     

多股多层水平淹没射流的试验研究

从模型试验的角度，测量了消力池内底板压力分布规律、水面流态、流速分布和脉动压强，着重分析了泄水孔出口体型、表中孔高程、跌坎形式、表中孔间中隔墩长度等体型参数对流态稳定性、水力特性和消能率的影响，研究了消能机理。研究表明，该新型消能形式具有流态稳定、适应性强、低雾化、高消能率的特点。结合某实际工程，提出中孔泄槽以等宽或微收缩为宜，表中孔最优坎高差应大于中孔水流的主流水深、延长隔墩有利于稳定水流流态等建议，为工程设计提供了科学依据。     

突扩突跌掺气坎底空腔长度计算

突扩突跌掺气坎的底空腔长度既与水力条件和底部掺气坎结构参数有关,也与侧墙掺气坎结构参数有关。以往的底空腔长度计算方法,均针对仅采用底部掺气坎,未设置侧墙掺气坎这类掺气设施,不能反映出侧墙掺气坎结构参数对底空腔长度的影响。本文基于射流微元体受力平衡法,提出了一种求解明流泄水道突扩突跌掺气坎底空腔长度的计算方法,该方法能够全面反映突扩突跌掺气坎底空腔长度受底部掺气坎、侧墙掺气坎结构参数和水力学参数的影响。通过与30组试验资料和已有研究成果的对比,表明本文提出的计算方法具有较高的精度。     

基于跌坎压力自相似分布的明渠水深-流量关系推求

明渠流量计量是高效灌溉、合理分配水资源和进行用水有效管理的重要手段。跌水是常见的明渠水流上下游衔接的水利设施。当跌落水流不受跌坎下游水流影响时形成自由跌流，可用于明渠流量的精确计量。受自由跌流影响，跌坎断面水流由缓流向急流转变，压力分布显著偏离静水压力分布规律。而获得跌坎压力分布及其准确描述方程则正是明渠自由跌流流量公式推求的关键，其准确与否决定了利用跌流进行流量计量的精度。本文首先通过模型试验和数值计算对矩形明渠自由跌流的断面压力分布特征进行研究，而后利用理论推导建立了明渠跌流的水深-流量关系公式。研究发现明渠跌水跌坎断面压力呈典型自相似分布规律，其无量纲压力值分布倾向于一条曲线，压力最大值为0.238 he (跌坎水深），出现在竖向距跌坎0.209 he水深处，并且压力自相似分布规律与明渠流量、渠道底坡和边壁糙率无关。在此基础上，结合幂函数和尾迹函数提出了描述跌坎断面压力分布的函数方程，并给出了最大压力和最大压力位置的计算公式，然后根据动量方程和流量连续方程推求了明渠自由跌流的流量计算公式。最后，对本文和其他研究者提出的流量计算公式采用试验数据进行了对比分析，结果表明本文提出的流量公式在明渠底坡Q = 5~100 L/s, S = -0.0112~0.0534, n = 0.093~0.0193的研究范围内，具有更高的精度和适用性，计算误差在±5%之内，可适用于该流量、底坡和边壁糙率范围内矩形明渠自由跌流的流量精确计算。本文研究结果对于利用自由跌流进行明渠流量计量提供了理论与技术支撑，具有重要的工程应用价值。     

大流量水电站表孔泄洪消能体型试验

大流量水电站的消能设计历来都是非常复杂和困难的.在1:60溢流坝表、中泄水孔断面模型上对密松水电站泄水建筑物的布置方案进行了泄流能力、流速流态、压力分布等相关水力学问题的试验研究,并通过10多个方案的比较优化,提出了基本可行的泄水建筑物体型和消力池型式.研究成果表明:表孔取消宽尾墩,采用跌坎式消力池方案,可有效降低底流消能时的池底板流速,同时消除宽尾墩形成的水翅击打两侧导墙现象,达到了较满意的消能效果.试验成果对该工程设计提供了较好的参考方案,并对类似工程有很好的启发借鉴作用.     

大比降卵砾石河流钢丝石笼防冲性能试验

采用自相似动床模型实验的方法,研究在我国西北地区大比降卵砾石河流中广泛应用的钢丝石笼在大角度入射的股流冲刷下的防护特性.分析了钢丝石笼防护下的导流堤前的水流特点、冲刷机理,并研究在比降大、床沙粒径大、水流宽浅、流速大的水流环境下,不同防护宽度、埋置深度和不同钢丝石笼厚度的防护方案条件下,防护结构前沿的冲刷深度,得到防护宽度是钢丝石笼防护的关键参数的结论.提出在大比降卵砾石河流中,2m的埋置深度下、6m以上的防护宽度能有效防护30°以下入射的单宽流量小于3m~3/(s·m)的股流冲刷,可为该种防冲结构的设计应用提供参考.     

底吹氩钢包内衬蚀损行为的数值模拟研究

针对底吹氩精炼钢包,建立钢包内衬蚀损行为模型,耦合钢液流动与传热过程,对钢包内衬材料在底吹氩精炼过程中的蚀损行为进行研究。结果表明,无论单吹还是复吹,较大的蚀损速率主要分布在钢包渣线及近透气砖区域,吹气量的增大会加速钢包内衬的蚀损。采用复吹时,钢包内衬的蚀损较单吹时更快。随着吹气参数的改变,钢包内衬蚀损速率的分布状况差异明显。大吹气量下,较大的蚀损集中在渣线区域且呈环向扩展;透气砖安装距包壁越近,钢包内衬蚀损不均衡性也越突出,近透气砖内衬蚀损加重。因此,在保证吹气效果的同时,透气砖偏心度不可太大,以免加重钢包内衬的局部蚀损,缩短其服役寿命。     

风沙环境下钢结构涂层的冲蚀摩擦学性能

针对内蒙古中西部地区钢结构体系表面涂层长期遭受风沙环境冲蚀的这一现状,采用气流挟沙喷射法,模拟风沙对钢结构涂层的冲蚀.研究了风沙冲蚀力学参数对钢结构涂层冲蚀率的影响;探讨了涂层冲蚀损伤的摩擦学机理;分析了钢结构涂层的冲击摩擦因数变化规律.结果表明:涂层的冲蚀率均随着冲蚀速度呈指数增长,速度指数n为2.39~2.43;在45°时涂层的冲蚀率最大,90°时涂层的冲蚀率最小,低冲角时的冲蚀率大于高冲角时;涂层的摩擦因数处于0.37~0.42,涂层磨损的Taber指数为81.9×10-3mg/r,涂层的耐磨性较差.涂层损伤的摩擦学机理是:低冲角时的微切削作用或高冲角时的挤压凿削作用造成涂层的损伤占主导,涂层表面微裂纹扩展交叉,以致断裂剥落,造成的损伤次之;涂层冲击摩擦因数离散性较大,且随角度增长呈降低趋势;冲击摩擦因数与冲蚀率随角度的变化并不一致.     

连铸中间包耐火材料的冲蚀特性与控流装置的优化设置

中间包内耐火材料的损毁是化学反应、热应力与钢液流动的协同作用所致,中间包内控流装置发生侵蚀的主要原因是钢液对耐火材料的冲蚀。对设置有湍流控制器、挡渣堰、挡渣坝的中间包耐火材料的冲蚀特性进行数值模拟计算与分析,结果表明,中间包内冲蚀最严重的部位是在湍流控制器及冲击区包壁上部1/3处,其次是挡渣堰迎向钢液流动一侧壁面;随着挡渣堰与钢液入口距离的增加,钢液对挡渣堰、挡渣坝的冲蚀强度下降;根据停留时间分布（RTD）曲线设置中间包控流装置时,应考虑钢液对耐火材料的冲蚀特性。     

竖向刚度突变结构设置层间隔震层在地震作用下的反应谱分析

大底盘塔结构竖向刚度分布不均匀,在地震作用下会导致破坏。在刚度突变处设置隔震层,运用有限元软件SAP2000对结构进行反应谱分析,对比隔震结构与非隔震结构在位移、周期、剪力等方面的变化情况,评判隔震效果,并由此得出一些有参考意义的结论。     

Application of the coal mine floor rating(CMFR) to assess the floor stability in a Central Appalachian Coal Mine

Estimating the overall floor stability in a coal mine using deterministic methods which require complex engineering properties of floor strata is desirable, but generally it is impractical due to the difficulty of gathering essential input data. However, applying a quantitative methodology to describe floor quality with a single number provides a practical estimate for preliminary assessment of floor stability. The coal mine floor rating(CMFR) system, developed by the University of New South Wales(UNSW), is a rockmass classification system that provides an indicator for the competence of floor strata. The most significant components of the CMFR are uniaxial compressive strength and discontinuity intensity of floor strata. In addition to the competence of the floor, depth of cover and stress notch angle are input parameters used to assess the preliminary floor stability. In this study, CMFR methodology was applied to a Central Appalachian Coal Mine that intermittently experienced floor heave. Exploratory drill core data,overburden maps, and mine plans were utilized for the study. Additionally, qualitative data(failure/non-failure) on floor conditions of the mine entries near the core holes was collected and analyzed so that the floor quality and its relation to entry stability could be estimated by statistical methods. It was found that the current CMFR classification system is not directly applicable in assessing the floor stability of the Central Appalachian Coal Mine. In order to extend the applicability of the CMFR classification system, the methodology was modified. A calculation procedure of one of the CMFR classification system's components, the horizontal stress rating(HSR), was changed and new parameters were added to the HSR.     

烧碱浸蚀地基变形勘测与评价

通过工程地质勘查的方法,对氯碱化工厂烧碱浸蚀地基变形的现状及变形机理进行了分析,查明了引起建筑物破坏的主要原因,提出了在该环境下对已破坏建筑物的修复和加固建议。     

Numerical simulation of strongly swirling turbulent flows in a liquid-liquid hydrocyclone using the Reynolds stress transport equation model

The Reynolds stress transport equation model (DSM) is used to predict the strongly swirling turbulent flows in a liquid-liquid hydrocyclone, and the predictions are compared with LDV measurements . Predictions properly give the flow behavior observed in experiments, such as the Rankine-vortex structure and double peaks near the inlet region in tangential velocity profile, the downward flow near the wall and upward flow near the core in axial velocity profiles. In the inlet or upstream region of the hydrocyclone, the reverse flow near the axis is well predicted, but in the region with smaller cone angle and cylindrical section, there are some discrepancies between the model predictions and the LDV measurements. Predictions show that the pressure is small in the near-axis region and increases to the maximum near the wall. Both predictions and measurements indicate that the turbulence in hydrocy-clones is inhomogeneous and anisotropic.     

三角形突体初生空化与空蚀的试验研究

通过不同高度与不同边坡组合的等腰三角形实体初生空化试验和突体后水泥砂浆材料的初生空蚀试验．量测了初生空化数、初生空蚀数和空蚀麻点率．并预测了５０ｍ／ｓ。流速级时初生空化数和砂浆表面出现麻点的初生空蚀教．得到的预测值与已有的原型观测值比较，基本一致，为拟定相应的不平整度控制标准提供了依据。