圆弧形鼻坎挑射流空中消能率的试验研究

运用量纲方法分析了圆弧形鼻坎挑射流空中消能率的影响因素,采用两个系列共5种圆弧形挑流鼻坎模型,研究空中消能率与鼻坎体型参数和射流起挑断面弗劳德数的关系。试验结果表明起挑断面弗劳德数和鼻坎挑角对空中消能率的影响较大,相对反弧半径对空中消能率的影响可以忽略。据试验数据拟合的空中消能率的计算公式是鼻坎挑角和起挑弗劳德数的函数,拟合公式计算值与试验值的误差小于8%。     

降低溢流坝挑流鼻坎高程可能性的探讨

本文通过挑流坝模型试验初步得出：在采用挑流消能方案的情况下容许面流的存在,挑流鼻坎就可以降低。并对挑流鼻坎降低时,鼻坎高程、鼻坎挑角、下游冲坑后坡等问题作了初步探讨。降低鼻坎高程,可节约溢流坝的工程量,对中小型水利建设具有一定意义．     

三角形鼻坎射流挑距综合影响系数的试验研究

引用包含综合影响系数的质点抛物线方程描述平面挑射流水舌上、下缘轨迹方程;应用量纲分析方法得到,影响三角形鼻坎射流挑距综合影响系数的参数为,射流起挑断面弗劳德数和挑流鼻坎的体型参数。据物理模型试验结果,拟合挑距综合影响系数与弗劳德数的关系式;本文公式计算的挑距值与试验值相比,误差小于8%。     

窄缝挑坎上最大压力的计算

本文通过试验,首先描述了窄缝挑流的水舌流态;其次根据对一般曲面上水流运动特性的分析,提出了水平底板、挑角为零度的窄缝挑坎上最大压力的计算公式。计算结果与试验结果吻合较好。最后,还对窄缝挑坎底板及侧墙上压力分布的计算进行了探讨。     

大单宽流量岸边溢洪道水力特性三维数值模拟

采用κ~ε双方程紊流模型模拟了带掺气槽岸边溢洪道具有大曲率水气交界面的水流流场,给出了溢洪道溢流堰、泄槽及挑流鼻坎的压力分布、流速分布等水力特性并对掺气槽掺气特性进行了定性分析.其中部分结果与模型试验结果吻合良好.对连续式和差动式两种不同坎型挑流鼻坎消能效果进行对比,给出各自预挖坑底板紊动能分布,结果表明多股水舌消能效果优于单股水舌,可为挑流坎型优化设计提供参考.     

侧向折流器对侧空腔和底空腔掺气参数的影响

为深入研究突扩突跌掺气设施的掺气特性,在三峡工程深孔水工模型上对时均压强分布、掺气量、掺气浓度等进行了观测与分析。试验结果表明在侧墙形成4个区域,即:侧空腔区、压强骤变区、低压区和稳定区,侧空腔长度和侧墙时均压强均与折流器高度有关。在侧墙低压区有负压存在,其发生位置一般距孔口出口(等高程)约15m左右。在侧墙有少量掺气,掺气浓度在1.3%左右,掺气的主要原因是侧墙冲击点处产生的立轴漩滚对空气的卷吸作用。侧向折流器对掺气量有明显影响。侧、底空腔贯通时,侧空腔是一个重要的通气通道,是保证底空腔充分掺气的重要条件。此研究成果和结论可供突扩突跌掺气坎的设计和科研参考。     

圆弧形挑流鼻坎上急流的扩散

本文对"圆弧曲面上急流的扩散"一文中提出的计算方法进行了试验的验证,提出了在挑坎末端最大单宽流量值与φ、H/R、b/R、F的关系.此外,当挑流鼻坎上设置了导墙时,论述了导墙的平面形态和扩散角.     

威远江水电站溢洪道挑流鼻坎数值模拟优化研究

针对威远江水电站岸边式溢洪道挑流消能存在的问题,采用RNGk~ε双方程模型模拟湍流,利用流体体积分数法(VOF)确定自由水面线,采用非结构网格与自适应局部网格加密的方法,成功地对溢洪道挑流鼻坎挑流进行了三维紊流数值模拟,并利用数值模拟方法对挑流鼻坎的修改方案进行了研究,并经过计算提出了较优方案,并经试验验证得到较好的效果,为威远江水电站设计与优化提供了可靠的设计依据.     

包络线与抛体运动

本文从一个实际问题——挑流消能中鼻坎角的设计出发,提出用包络线计算某个函数的极值的方法;然后用这种方法去解决抛体运动中各种情况的极值问题;最后,讨论一下怎样在中学数学教学中说清楚这个问题。(一)鼻坎角的设计在挑流消能的水力设计中,为了使冲刷坑不致危及坝基,不仅要估算挑射水流的水平距离,而且要求这个距离尽可能地远。(参见图1)     

小挑角跌坎加浅水垫消力池水力特性试验

为了解决大单宽、低弗劳德数、上下游水位变幅大、运行方式多变的闸坝工程中存在着消力池适应性差、运行方式不灵活的难题,以汉江旬阳水电站工程为例,通过多种消力池消能方案的水力特性对比试验,提出了小挑角跌坎加浅水垫消力池方案.该方案出闸水流经小挑角跌坎调整扩散后,各工况均能在消力池内形成淹没水跃,出池水流平稳、无跌落,与下游衔接自然,消能效果较好,闸门开启运行组合及开启方式灵活.     

越过连续矩形坎的急流自由水面

本文通过系统的物理模型试验,并结合理论分析的方法,研究了越过连续矩形坎的水面流态及坎前自由水面特性。通过动量方程推导了坎前水跃漩滚流态与急流飞溅而过流态时上游控制断面临界佛氏数的理论公式;证明当水流飞溅而过流态时,上游控制断面佛氏数F_(r0)在2.59～6.99范围内,坎前自由水面与佛氏数F_(r0)无关,是相对坎高的单一函数。得到了坎前自由水面受坎高的影响范围及在此范围内无因次水深与相对坎高的变化规律;探讨了用保角变换法求解坎前自由水面抛射角的半经验、半理论公式。最后,探讨了坎前自由水面的一种计算方法。     

挑流冲刷过程的压力谱场特性的随机分析

本文通过试验和应用紊流理论简要论述了挑流冲刷过程的压力脉动特征,并对其特性进行了分析。得出水流脉动压强的随机统计特征值随冲刷过程的进展趋于均化,稳定冲坑边界压力幅值的概率密度近似于正态分布,随冲刷的稳定相临两点脉动压强具有更好的相关性,谱密度函数向低频方向移动。这些对人们从水理方面了解和加深岩壁冲刷机制的认识是有益的。     

岩石河床挑流冲刷坑深度公式

本文讨论了自由挑射水流对岩石河床的冲刷问题.基于对国内外32项工程50组原型观测资料的数理统计和回归分析,建立了一个估算挑流冲刷坑深度的新公式,其实用形式为?式中为自下游水面算起的冲坑最大水深估算值;h_k为鼻坎单宽流量q所决定的临界水深;Z为上下游水位差;K_r为表征河床岩石抗冲能力相对比例的无因次数,良好的坚强完整岩石K_r=0.7～1.1,中等岩石K_r=1.1～1.4,差的软弱破碎岩石K_r=1.4～1.8.由于新公式是根据来源广泛的样本资料按最小二乘方原理求得的,与现有其它常用公式相比,新公式给出的估算值要准确可靠得多,一定置信水平的误差限小得多.当对河床岩石无所了解的情况下,还可取K_r=1.25,按下式粗估挑流冲坑水深:?     

折流器体型对突扩突跌掺气空腔特性的影响

在突扩突跌掺气设施中 ,为保证掺气效果 ,增加底空腔和侧空腔的长度 ,加设折流器是有效的工程措施。试验证明 ,折流器坡度和高度对空腔长度均有影响 ,较高的折流器明显增加空腔长度 ,且使底空腔与侧空腔贯通 ,有利于底空腔充分掺气。回溯水流使底空腔变短 ,有效空腔长度是影响掺气效果的重要因素。在空腔长度的计算中应综合考虑 ,顶板坡角 ,跌坎挑角和折流器体型的影响 ,得出的计算公式有实际应用和理论意义。     

双幅式梁桥挡风障阻风性能影响参数风洞试验

为研究挡风障参数、来流条件等因素对双幅式箱梁桥桥面阻风性能的影响程度,以某跨海双幅式桥梁为工程背景,开展基于实际桥梁的挡风障模型风洞试验。以车道风速折减系数为阻风性能评价指标,采用正交试验方法,研究挡风障安装片数、来流风偏角、来流风速、圆孔组合方式等参数对双幅式桥梁桥面风场影响,开展挡风障阻风性能影响参数分析。试验结果表明,迎风侧车道风速折减系数大于靠近背风侧车道,风速折减系数差值随着方案阻风性能提升而增加,最大达0.37;挡风障安装片数、来流风偏角、圆孔组合方式对挡风障阻风性能影响显著,来流风速对迎风侧车道等效风速折减系数影响较大,对背风侧车道等效风速折减系数无明显影响;各因素对迎风侧及背风侧车道阻风性能影响程度均有较大差异。安装片数对双幅式桥梁靠近迎风侧车道桥面风场影响较小,而对靠近背风侧车道影响较大,且其与来流风偏角及风速的交互作用不明显。     

双幅式梁桥挡风障阻风性能影响参数分析

以某跨海双幅式桥梁为工程背景,开展基于实际桥梁的挡风障模型风洞试验.以车道风速折减系数为阻风性能评价指标,采用正交试验方法,研究挡风障安装片数、来流风偏角、来流风速、圆孔组合方式等参数对双幅式桥梁桥面风场影响,并开展挡风障阻风性能影响参数分析.试验结果表明,迎风侧车道风速折减系数大于靠近背风侧车道,风速折减系数差值随着方案阻风性能提升而增加,最大达0.37;挡风障安装片数、来流风偏角、圆孔组合方式对挡风障阻风性能影响显著,来流风速对迎风侧车道等效风速折减系数影响较大,对背风侧车道等效风速折减系数无明显影响;各因素对迎风侧及背风侧车道阻风性能影响程度均有较大差异.安装片数对双幅式桥梁靠近迎风侧车道桥面风场影响较小,而对靠近背风侧车道影响较大,且其与来流风偏角及风速的交互作用不明显.     

“陡坡+跌坎”式消力池板块稳定特性试验研究

通过大比尺(1∶40)物理模型,对某大型水电工程溢洪道"陡坡+跌坎"式消力池这一新型消能工底板稳定性进行了试验研究,得到了水跃完全或部分发生在陡坡段时,消力池不同位置板块的脉动压力、板块上举力频幅特性的分布规律与特征.试验表明水跃跃首部位始终是板块最易失稳区域,当单宽流量达到一定值后,跌坎下一段区域也是失稳重点关注区.对试验结果深入分析后表明:水跃跃首区域上举力均方根大致为脉动压力均方根0.55倍,其它区域为0.2倍,水跃跃首区域最大上举力大致为4.2倍脉动压力均方根,其它区域为1.5倍.揭示了此消能工上举力与脉动压力点面转换指标、底板稳定控制指标与挑跌流消力池的一致性;而消力池平底段采用透水底板可有效降低板块上举力,减小响应趋势基本呈指数分布,并与开孔率呈正比关系.     

负压差立管内气固两相流的气相流动特性

对负压差立管内气固两相流的气相流动特性进行了分析,并基于滑落速度与空隙率的线性关系,建立了立管内气相速度的计算模型,给出了气体流量与相关参数的关联式.分析结果表明,负压差立管内气固两相流中气体来源于出口端进入的流化床流化风和人口端下行颗粒夹带的气体.气流大小和方向的变化主要受颗粒质量流率和立管负压差的影响,存在一个气流方向改变的临界颗粒质量流率Gsc.当颗粒质量流率Gs＜Gsc时,流态是稀密两相流态,气体上行,成分是上行的流化风;Gs＞Gsc时,流态是浓相输送流态,气体下行,成分是下行颗粒夹带的气体,这个气体量随颗粒质量流率的增加而增大.模型计算结果与实验数据一致.     

粗糙度对溢流反弧水力特性及紊流边界层的影响

本文对溢流反弧(R=100cm)不同粗糙度模型水力特性进行了系统的试验观测,探讨了壁面粗糙度对反弧水流流速分布、压强分布及边界层发展的影响。综合分析了流速分布及边界层发展的影响因素,得出了反弧水流边界层外部势流流速不受粗糙度影响的结论,并给出了边界层内流速指数n随粗糙度变化的关系式及反映壁面粗糙度影响的边界层厚度计算式。试验发现粗糙度对离心力压强影响甚微。     

泄水工程反弧半径的研究

泄水建筑物反弧半径的选择是泄水工程设计中的重要问题之一。本文的目标就是探讨泄水建筑物反弧半径的计算方法。根据反弧段水流特性的分析,寻找出影响反弧半径的变量。进一步由量纲分析,给出泄水建筑物反弧半径的一般函数关系式。通过分析收集的大量原型观测和模型试验资料,建议了挑流,面流,戽流流态情况下计算泄水建筑物反弧半径的经验公式。结果说明,相对反弧半径是反弧水流Froude数的函数,随着Froude数的增加而增加。并讨论了泄水建筑物反弧半径的有关特性。本文建议的不同流态下泄水建筑物反弧半径的计算式形式简单,资料可靠。因此,可应用于挑流,面流,戽流流态情况下实际工程泄水建筑物反弧半径的计算与设计。