水力特性

摘要： 通过建立三维紊流数学模型,对隔板布置形式下的蚌埠闸鱼道池室水力特性进行计算,研究池室和休息池的水流流态、流速以及竖缝最大流速。特别针对典型池室和休息池上、中、下3个水层,20个横断面,920个测点。并对其中140个测点的横向、纵向和垂向流速进行了精细化分析。还研究了池室坡度对池室水力特性的影响。研究结果表明:1)鱼道池室和休息池上、中、下3个水层的流速、流态基本一致,水层越偏下主流流速相对越高;2)池室水流垂向流速很小,水流整体呈现二维特征;3)休息池主流流速与池室主流流速相当(平均值仅低3.5%),但低流速区面积显著增大(54%);4)池室坡度由1:100变缓至1:140,竖缝最大流速降低了16.9%;5)蚌埠闸鱼道池室坡度选为1:100~1:120可满足鱼类上溯需求。

摘要： 为探究某泵站轴流泵装置反向发电的水力特性,对该轴流泵装置反向发电工况进行全流道数值模拟分析.结果表明:轴流泵装置在额定转速进行反向发电时,其最优工况相比于水泵模式,水头和流量分别提高43%和38%;随着转速增大,效率-流量曲线呈现向大流量方向偏移趋势,高效区范围逐渐增大;导叶进口、转轮进出口压力脉动呈周期性,转轮进出口压力脉动受转轮旋转影响更为显著;压力脉动系数幅值沿径向由轮毂至轮缘逐渐增大,转轮出口的压力脉动幅值最大,约为转轮进口的2倍;在频域方面,压力脉动主频为叶频,次频为2倍叶频,在转轮进出口主频所对应的压力脉动系数幅值沿径向由轮毂至轮缘逐渐增大;在小流量工况,随着轴流泵反向发电运行时的流量越小,出水流道流线越混乱且涡带越明显.研究结果可为泵站轴流泵装置反向发电提供一定的理论支撑和工程运行参考.

摘要： 溢洪道是水利工程泄水建筑物的重要组成部分,将泄槽设计为阶梯状,可以有效增加水流的紊动,造成流动掺气剧烈,增加沿程能量的消耗。针对阶梯溢洪道的结构形式,其堰顶的形状及尺寸大小,对其掺气特性起到很大的影响。运用FLOW 3D软件,对圆弧堰式阶梯溢流坝水流的掺气特性进行数值模拟。结果表明,当圆弧半径相同时,堰上水头越大,圆弧堰式阶梯溢洪道掺气发生点到堰顶的距离越大,掺气水流水深越大,消能率越低。当堰上水头一定时,堰顶圆弧半径越大,圆弧堰式阶梯溢洪道掺气发生点到堰顶的距离越小,消能率越小,掺气水流水深越大。

摘要： 泄水建筑物出口不能正对河道时,其地形条件往往无法满足底流消力池的长度要求。增加泄槽末端跌坎深度和消力池宽度形成矩形消力井是一种可行的选择。文章通过水工模型试验,得到如下结果:一定深度条件下的消力井宽度变化,在主流左右两侧形成的反向水流能够有效改善冲击区垂直水流方向的时均动水压强和脉动压强不均匀系数分布,但其作用呈递减趋势。基于井宽变化形成的反向水流作用得到和入射水流不同水深(弗劳德数)所对应的适宜井宽,进而给出的拟合公式能够用于指导实际工程设计。

摘要： 合理地选择溢洪道建筑物消能型式,是关系到整个水利工程安全与经济的重要问题.通过溢洪道设计规范进行消能方式水力学计算,结合物理模型试验对传统底流消能与跌坎型底流消能水力特性进行了对比分析,结果表明:传统底流消能在校核洪水下泄流量时,底流消能方水流进入消力池后产生一定程度的远驱式水跃,消力池消能主要位于消力池后部,消力池后部及出口水面壅高较大,且波动剧烈,没有形成相对稳定的消能水体,消力池消能效果不佳,需要增加消力池长度;跌坎型底流消能消力池底板高程降低1 m时,临底流速较底流消能得到大幅度降低,池内水流扩散充分,剪切明显,消力池后段形成了稳定的水体,消能效果良好,出水渠内水流流态得到改善,难以对消力池产生冲刷破坏.跌坎型底流消能空化数增大降低了空蚀发生概率,可避免消力池产生空蚀破坏,最大水跃位置向前移动7 m,水流不会冲击底板和尾坎,水流垂直溅起,因此消力池内流态稳定,雾化影响较小,其具有适应性强,消能效率高、流态稳定等优点.

摘要： 抗空蚀材料的应用极大提高了泄水建筑物的过流性能和使用寿命,是减轻空蚀破坏最有效途径之一。针对目前关于弹性材料抗空蚀特性的机理研究尚有欠缺的问题,为了研究弹性材料如何减免空蚀破坏并探索潜在的弹性抗空蚀材料,着眼于细观层面的空化泡和弹性材料相互作用,通过低压直流放电诱发空化泡试验,研究了拉伸弹性模量范围和压缩弹性模量范围分别为0.3~9.7 MPa、0.4~7.5 MPa的弹性边界附近空化泡迁移和周期特性。结果表明:(1)弹性边界表面会随着空化泡收缩出现不同程度的隆起变形,从而弱化了空化泡的趋壁效应,并且空化泡伴随有一定程度的迁移运动。通过定量分析不同弹性边界附近空化泡的迁移量随时间变化过程,发现空化泡迁移过程主要体现在收缩-二次膨胀期间。当空化泡与弹性边界的间距一定时,随着边界材料弹性模量的降低,空化泡的迁移量和迁移速度下降。进一步建立了无量纲最大迁移距离和无量纲拉伸弹性模量的关系式,可以预测空化泡在特定弹性模量的弹性边界附近的迁移特性。(2)弹性边界可以显著影响空化泡的收缩周期,不同弹性边界条件下,空化泡收缩阶段标准化周期有不同程度的延长。对于特定弹性模量的弹性边界,大部分空化泡的标准化周期随无量纲距离的增大而减小。弹性边界的存在会减弱空化泡溃灭强度,在泄水建筑物边壁运用弹性材料可能会有利于减免空蚀破坏。研究结论可为减免空蚀破坏的应对措施提供一定的理论支持。

摘要： 充水过程是长距离输水隧洞调度运行的典型工况之一,往往水力过渡过程比较复杂,难以手工计算。针对引汉济渭工程初期运行安全调度的现实需求,对首次充水的水力过渡过程采用数值方法进行研究。建立了输水隧洞调度模型,采用虚拟流量法分别对加大供水区和保证供水区两种工况进行了数值模拟计算,分析了不同供水流量的首次充水特性。结果表明,首次充水供水流量分别为70 m^(3)/s和18 m^(3)/s时越岭段首端(桩号0+000)、1/4里程(桩号20+450)、中点(桩号40+900)、3/4里程(桩号61+350)流量和水深都平稳增大,沿程不会出现明满流或隧洞脱空等不利现象。

摘要： 通过物理模型试验和理论分析相结合的方法研究了不同组合连接体形下旋流式竖井的水力特性,总结出竖井涡室内的4种典形流态,其中,自由旋流流态最适合于旋流式竖井。通过进一步研究进口体形和消力井深度对流态和消能率的影响,得出折流角变化对消力井侧壁及底板压强影响不大,消力井边壁及底板均不会出现负压;流量的增加会减小消能率,折流角和消力井深度的增大可增大消能率,虽然消能率随消力井深度的增加而增加,但增加幅度随井深的增加而逐渐变缓。以上研究成果可为工程中更好地应用竖井溢洪道提供有益借鉴。

摘要： 在水利工程内部设置鱼道等过鱼设施,可保障鱼类洄游、促进上下游种群和基因交流。良好的流动结构,有利于鱼类溯游,提高鱼类上溯率。利用Rhino和Flow-3d软件,建立组合式鱼道的三维模型,对竖缝与孔口组合式鱼道的水力特性进行数值模拟研究,分析鱼道的流速分布和能量耗散率随水深的变化规律,研究鱼道的流场特性对鱼类洄游的影响。结果表明,设计流量条件下,不同水深的流速分布均能达到鱼类上溯条件,流速随着水深增加而减小;紊动能在开孔高度的最高处达到最大值,池室紊动能均在0.131 m^(2)/s^(2)以下,各池室水平方向流速与紊动能的分布对鱼类洄游影响较小。本文研究成果可为优化鱼道设计提供一定参考。

摘要： 为提升双螺杆水泵的水力效率,基于型线设计准则,建立上下对称结构、单头螺旋以及集成内外摆线和圆弧的双螺杆水泵型线方程,并根据各段螺杆型线方程绘制完整的螺杆型线曲线.利用SCORG软件生成双螺杆水泵螺杆转子面网格和体网格,基于Pumplinx软件对双螺杆水泵水力特性进行数值模拟,分析其进出口流动区域流态、转子流动区域水压力场和水力特性曲线.理论计算和数值模拟结果表明:研发的新型双螺杆水泵流量参数达到预期设计目标;双螺杆水泵内流态较均匀,无回流或偏流等不良流态;双螺杆水泵水力特性中水流量随扬程增大而减小;当泵主-从动螺杆啮合时,双螺杆水泵转子水压力值沿水流方向逐级增大,在螺杆出口断面处达最大值;在啮合过程中,随着泵扬程增大,螺杆转子表面水压力进入高压区,低压腔数量减少,高压腔数量增多.

摘要： 本文以花园水库工程鱼道为例,通过1∶5鱼道局部模型,对同侧横隔板竖缝式鱼道的水力特性进行研究,对过鱼池室流态、流速分布、单位体积消能率等进行了观测分析.试验结果表明,该隔板型式、池室尺寸以及池底坡度的同侧横隔板竖缝式鱼道参数设计基本合理,比较适合需要保护的过鱼对象的洄游上溯需求.研究成果可供类似工程参考.

摘要： 鱼道进口位置的选择对整个鱼道至关重要,应根据上溯鱼类的喜爱流速范围选定能够为其顺利进入鱼道的合适位置.本文以细鳞河水库鱼道为例,采用二维数值仿真模型,对拦河坝下游鱼道进口附近处水流的水力特性进行模拟研究,分析鱼道进口布置的合理性.研究结果可为鱼道进口位置的选择提供参考.

摘要： 浅水垫消力池具有比传统消力池临底流速低,对下游水位要求低等优点,进口采用突扩型式后,增加了消力池尺寸,消能效果更好,但消力池进口易形成空腔区,为充分增加池内消能水体,在池内增加了挑流结构.本研究借助某工程实例,采用物理模型与数值模拟相结合的方法,对突扩进口型浅水垫消力池底板附加挑流结构消能工的水力特性进行了研究.结果表明,池内的挑流消能工,可以有效地改善池内流态,使得池内前部消能水体增加,挑流坎前后均能形成强烈漩滚,消能效果明显增加.本研究成果丰富了浅水垫消力池的结构型式.

摘要： 自然界和工程实际中广泛存在着流体的密度分层现象.分层流体在一定的地形或边界条件诱导下,可于密度跃层处形成一种类似于明渠水跃的"内部水跃"现象.在河口地区,内部水跃造成的局部水体强掺混对悬浮泥沙的沉积、污染物的弥散有重要影响.本研究运用理论分析的方法研究了水底隆起地形上定常两层流的水力特性,并用图示法描绘了多种流态对应的参数条件,并初步探索了层间剪切流速对两层流流态的影响.结果表明,无论剪切流速是否为零,均可能存在一个"多重解"区域,即在给定入流弗洛德数及地形参数的条件下同时存在一个超临界流解和若干个水跃解的情形.随着剪切流速的增大,"多重解"区域的面积有所扩大.该研究表明该"多重解"现象可能广泛存在于多种两层流环境下.未来研究将着眼于如何实现多重流态之间的相互转化,从而进一步探索内部水跃的形成机理.

摘要： 泄洪槽末端接挑流消能工作为一种传统的消能形式,因其结构简单、消能效率高、适用性强,被广泛应用于中国的水利工程中.考虑到地形地势等原因,有些工程需应用转弯泄洪槽,较常用的是在槽末端建造挡水墙强行截流使水流转向.但当上游水头高、下泄流量大时,两侧挡水墙不足以使下泄水流充分转向,水流挟带着巨大的能量,极易造成下游安全事故.本文以某水利枢纽工程为研究背景,采用物理模型试验方法,在保证整体水工建筑物安全的基础上,通过不断调整挑坎方向、导流墩方向、导流墩高度、导流墩间距等参数,研究不同方案下泄洪槽末端的导流效果、水流流态及下游冲坑形态等水力特性.针对泄洪槽末端挑流消能实际情况,提出了一种新型高效的消能工——转向导流消能墩,可有效地将水流转向、冲击消能,改善了水流流态,解决了下游河床回流淘刷、边墙坍塌、威胁电站安全等问题.通过对试验数据分析,证明了新型转向导流消能墩良好的转向及消能效果,并通过前人所提出的转向墩的水力计算方法,验证了转向导流消能墩的优势所在.本研究成果可以为类似转弯泄洪槽的消能设计提供参考.

摘要： 鱼道进口体型方案的优劣直接影响鱼道的进鱼效果,这是目前制约我国鱼道发展的关键因素之一.本文提出了三种鱼道进口体型方案,利用数值计算方法对各体型方案的水力特性进行研究.结果 表明:三种鱼道进口体型设计方案均能满足基本鱼道诱鱼、过鱼要求,且能够适应下游河道水位变动.其中从工程布置与水力学指标的效果角度进行综合分析认为,台阶式边墙鱼道进口体型方案相对较优,具有一定推广价值.本文研究可为类似鱼道进口体型方案的设计提供参考.

摘要： 某高拱坝工程最大坝高为240m,校核工况下最大下泄流量为3005.58m3/s,属高水头小泄量工程,坝址河谷狭窄、地质条件复杂,泄洪消能防冲设计难度较大.本文通过该工程整体物理模型试验研究,揭示了各种典型工况下泄洪建筑物的水力特性,针对原设计方案的泄洪消能问题提出了可行的消能工优化修改措施,达到了一定的泄流水舌纵向拉开、水垫塘分区消能、尽量减少水舌空中碰撞的效果,可供今后类似工程参考借鉴.

摘要： 为了计算含蜡原油管道沿程的析蜡速率并探究其规律,基于计算流体力学及传热学的相关理论,建立了含蜡原油管道的蜡沉积的拟三维数值模型,该模型克服了常用普适性模型中管道径向温度梯度计算误差大的缺点.采用该模型计算了含蜡原油管道沿线各个截面上的速度场、温度场和析蜡速率,在此基础上,利用数值模型求得了管道沿线析蜡速率的变化曲线并分析了其变化规律.研究结果表明:管道截面上接近壁面处的析蜡速率远大于其他区域,管道截面的最大析蜡速率随输送距离上升而减小,管道沿线的析蜡速率随输送距离先增大后减小.

摘要： 为了计算含蜡原油管道沿程的析蜡速率并探究其规律,基于计算流体力学及传热学的相关理论,建立了含蜡原油管道的蜡沉积的拟三维数值模型,该模型克服了常用普适性模型中管道径向温度梯度计算误差大的缺点.采用该模型计算了含蜡原油管道沿线各个截面上的速度场、温度场和析蜡速率,在此基础上,利用数值模型求得了管道沿线析蜡速率的变化曲线并分析了其变化规律.研究结果表明:管道截面上接近壁面处的析蜡速率远大于其他区域,管道截面的最大析蜡速率随输送距离上升而减小,管道沿线的析蜡速率随输送距离先增大后减小.

摘要： 为了计算含蜡原油管道沿程的析蜡速率并探究其规律,基于计算流体力学及传热学的相关理论,建立了含蜡原油管道的蜡沉积的拟三维数值模型,该模型克服了常用普适性模型中管道径向温度梯度计算误差大的缺点.采用该模型计算了含蜡原油管道沿线各个截面上的速度场、温度场和析蜡速率,在此基础上,利用数值模型求得了管道沿线析蜡速率的变化曲线并分析了其变化规律.研究结果表明:管道截面上接近壁面处的析蜡速率远大于其他区域,管道截面的最大析蜡速率随输送距离上升而减小,管道沿线的析蜡速率随输送距离先增大后减小.

摘要： 该方法目的在于稳定带有S形特性曲线的机械的旋转速度(N)，包括步骤，这些步骤在于：a)计算目标净水头(Hn_final)和影响机械的导叶的目标开度(Y_final)，目标净水头和目标开度被计算，从而由水流施加在机械的转轮上的转矩为零并且机械以目标旋转速度(Nc)旋转，b)确定机械所经受的实际净水头(Hn)，c)将目标净水头与实际净水头比较，并且d)调节导叶的开度以便朝向目标开度(Y_final)收敛并且减小在目标净水头和实际净水头之间的高度差(ε1)。

摘要： 该方法目的在于稳定带有S形特性曲线的机械的旋转速度(N)，包括步骤，这些步骤在于：a)计算目标净水头(Hn_final)和影响机械的导叶的目标开度(Y_final)，目标净水头和目标开度被计算，从而由水流施加在机械的转轮上的转矩为零并且机械以目标旋转速度(Nc)旋转，b)确定机械所经受的实际净水头(Hn)，c)将目标净水头与实际净水头比较，并且d)调节导叶的开度以便朝向目标开度(Y_final)收敛并且减小在目标净水头和实际净水头之间的高度差(ε1)。

摘要： 本发明公开了一种水力碎浆机酒糟‑废水两相流动特性模拟方法及系统，涉及酒糟分离处置技术领域。具体步骤包括如下：构建水力碎浆机的几何模型，包括壳体和转子；基于所述几何模型进行流体域抽取，构建酒糟‑废水流动的计算域；基于所述计算域进行材料属性设置，对所述流体域附加转子的转速，并将所述壳体设为绝对静止壁面，所述转子设为相对静止壁面；对所述流体域进行特征初始化，并进行瞬态计算或稳态计算，得到水力碎浆机内酒糟‑废水两相流动特性。本发明可以准确地模拟低浓度水力碎浆机内酒糟‑废水两相流动特性，包括速度场、压力、固相体积分数和运动迹线等，计算量小，稳定性高。

摘要： 本发明提供一种液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性实验系统，包括液态铅铋循环实验装置，该液态铅铋循环实验装置具体包括动力泵组、预热器，第一实验段、第二实验段、换热器、氧控系统、净化系统、膨胀箱、储料箱、若干个流量计、若干个压力变送器以及若干个铅铋阀等部件。通过控制不同铅铋阀的开启或关断，使得液态铅铋合金选择不同的回路来完成系统中不同实验段内相关设备热工水力特性及功能特性，以及设备材料与铅铋的相容性特性的实验。实施本发明，能够克服现有技术的不足之处，实现对液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性的分析研究。

摘要： 本发明公开了针对低强度流动化回填材料水力特性监测的土柱试验装置及方法，涉及低强度流动化回填材料水力特性、电导率和温度测量技术领域，装置主体为由十二个1/3等分(120°)玻璃圆柱拼接而成的有机玻璃圆柱直管、底座和顶盖组成，用于盛装待测试样；监测设备由水势传感器、渗压计、温湿盐一体传感器组成，分别测量试样固化期间材料的吸力、孔隙水压力、体积含水率、温度、电导率，三种传感器由上至下依次均匀排列在柱体直管上。本发明可以通过对低强度流动化回填材料不同龄期下的水力特性、电导率和温度的监测，对其水力行为的演变进行分析。此外，本装置具备安装简易、拆卸方便的优势，能够有效避免传感器的损坏，便于后续的取样试验工作。

摘要： 本发明公开了一种铅铋快堆堆芯热工水力特性分析方法，步骤如下：1、建立冷却剂流动换热特性分析模型；2、建立盒间流流动换热特性分析模型；3、建立燃料棒热工特性分析模型；4、建立多流场流固耦合换热模型；5、建立多流场流固耦合求解方法。本方法对铅铋快堆堆芯内的定位格架以及棒束结构进行了简化，并且在计算过程中考虑了组件盒及盒间流对组件内部冷却剂的物理量的影响；通过对盒间流及绕丝的简化，可以精确计算盒间流温度分布、燃料棒温度分布和冷却剂流场和温度场，同时大幅降低了计算资源的消耗，提高了运算速度，对铅铋快堆全堆芯热工水利特性分析在实际工程运用中提供了一种高效、准确的新型计算流体力学数值模拟方法。

摘要： 本发明涉及一种流态多样的供水系统水力过渡过程特性预测方法，其特征在于：S1、确定供水系统中的有压流段、明渠流段和明满流交替流段；S2、确定水力过渡过程中每一个计算时步的计算时间步长；S3、将供水系统中的明渠流段、明满流交替流段采用虚拟有压流流态近似为有压流段，从而将整个供水系统化为全部有压引水系统，求解该供水系统的初始状态；S4、将明渠流段和明满流交替流段按照已确定的计算时间步长进行时间分层，确定所需计算的时间层数；S5、计算供水系统在每个计算时间步长下的瞬时状态，直到全部有压引水系统达到稳定状态，获取整个水力过渡过程中典型部位的水力特性。本发明适用于布置型式多样的供水系统。

摘要： 本发明是一种用于分析自然循环系统热工水力特性的自适应多尺度耦合方法，其特点是，包括建立自然循环系统、初始流速优化、设计交互参数自适应收敛判据、构建自适应收敛标准函数。采用自然循环系统的驱动压头和总阻力压降间的定量关系优化初始流速；将一维和三维程序交互参数的方差作为判断三维程序计算参数是否达到稳定或接近稳定态的收敛标准，并基于耦合流速构建收方差的自适应函数；根据一维和三维程序的交互流速自适应调节收敛标准，实现耦合程序收敛至精确值。本发明具有自适应能力强、高效易行和鲁棒性高等优点。特别适用于分析具有复杂结构热源的自然循环系统的热工水力特性。

摘要： 本发明涉及一种基于环刀土样上渗过程的土壤水力学特性预测方法，采用全新设计方法，基于恒定水头边界条件下均质干土一维水分上渗解析解的逆过程，通过记录环刀土样上渗过程中累积入渗量与时间的数据、湿润锋到达土样上表面的时间，测定土样饱和导水率，快速获取土壤水力学特性，克服了现有技术测定土壤水力学特性耗时长、效率低，且不适于田间大面积快速获取等问题，避免了参数多解、不收敛等问题，提高了土壤水力学特性的获取效率，为田间大面积的土壤水力特性调查提供了有效手段。

摘要： 本实用新型提供一种液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性实验系统，包括液态铅铋循环实验装置，该液态铅铋循环实验装置具体包括动力泵组、预热器，第一实验段、第二实验段、换热器、氧控系统、净化系统、膨胀箱、储料箱、若干个流量计、若干个压力变送器以及若干个铅铋阀等部件。通过控制不同铅铋阀的开启或关断，使得液态铅铋合金选择不同的回路来完成系统中不同实验段内相关设备热工水力特性及功能特性，以及设备材料与铅铋的相容性特性的实验。实施本实用新型，能够克服现有技术的不足之处，实现对液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性的分析研究。