高拱坝深潭型水垫塘数值模拟研究

高拱坝工程为满足下泄水舌的挑距和淹没水跃长度的要求,水垫塘往往较长,而在水垫塘消能过程中实际参与进来的水体并不多,为此提出一种长度较小且能够集中消能的深潭水垫塘.以溪洛渡水电站为研究对象,采用RNGk-ε三维紊流数学模型对八深孔泄洪工况下反拱和深潭水垫塘进行数值模拟研究,首先把反拱水垫塘的流速及拱底板压强的计算值与相应模型实测值进行了对比验证,再对两种水垫塘塘内的水流流态、近壁流速、壁面压强分布特征以及消能率进行详细分析,结果发现在反拱水垫塘内,下泄水体的巨大能量主要通过淹没射流的紊动扩散和淹没水跃的作用来消除;深潭水垫塘内水体消能主要依靠贴壁流在边壁作用下返回深潭不断紊动耗散的过程;两种水垫塘底板最大冲击压强分别为8.64 mH_2O和11.62 mH_2O,二道坝顶平均出流流速分别为8.52 m/s和5.34 m/s,消能率分别为90.25%和92.25%.     

水垫塘底板冲击压强分布特性试验研究

控制水垫塘底板的冲击压力对于水电站泄洪安全具有重要意义,尤其是对于高水头、大流量、窄河谷的水利工程。该文结合中国西南地区大型水电站泄洪消能的实际进行物理模型试验,对电站原方案下水垫塘的冲击压强进行了试验分析。提出了改变表孔齿坎布置的3种改进方案,进行了冲击压强试验。结果显示,改变表孔的齿坎布置是减小冲击压强的一种可行方法。还得到了最优的表孔齿坎布置方案,测量了水垫塘内的流速分布,分析了水垫塘内流态。该结果可用于该大型水电站的泄洪消能设施设计。     

立洲水电站表孔体型优化试验研究

立洲水电站具有河谷狭窄、落差较大、单宽流量也较大等特点,泄洪消能是该水电站的设计和建设中非常突出的关键性技术问题.立洲水电站采用拱坝的1个中孔、2个表孔和水垫塘消能.如果表孔体型优化不当,会造成泄流能力下降,落水冲击岸边,水垫塘底板冲击动压大,泄洪雾化严重.经诸多方案的试验比选,最终推荐方案使坝身表孔水流沿程横向收缩、纵向扩散,在空中呈窄而高且长的流态,从而与中孔的水股互相穿插而不发生碰撞或少碰撞,减弱了因水流空中碰撞所造成的泄洪雾化,落水不再冲击岸边,同时使水垫塘底板冲击动压处在较低的范围内.     

反拱水垫塘与平底水垫塘底板稳定性的比较

反拱水垫塘是一种新型消能防冲结构,拟在我国溪洛渡等高拱坝中采用,其稳定性是其在高水头、大流量的作用下能否安全运用的关键技术之一。分析了平底水垫塘和反拱水垫塘底板稳定性原理,论证了反拱水垫塘底板具有超载能力强和稳定性高的优点,是高拱坝坝身泄洪消能的合理选择。     

高拱坝表深孔碰撞泄洪消能水力特性

高拱坝坝身宣泄洪水产生高速水流,水流下泄时会对水垫塘底板产生极大的冲击压力.为保证下游冲刷安全,在有足够的深水垫消刹能量的同时,还需通过水舌在空中消耗部分能量.通过表深孔同轴碰撞的泄洪消能布置方式,研究不同表深孔流量比工况下水流特性及底板动水压强等水力特性.结果表明,表深孔上下水舌在空中碰撞、掺气,削弱射流的集中强度,能使下泄水流的冲击压力大大降低,有效提高下游水垫塘的抗冲安全性,为类似工程布置提供借鉴.     

舌形挑流鼻坎水力特性研究

基于拱坝表孔泄洪的水槽实验,分析了舌形挑坎曲率和挑角的变化对水流横向扩散及下游水垫塘底板时均压力的影响。在不同泄流量和下游水深条件下,对不同曲率和挑角的舌形挑坎以及常规挑坎进行了比较研究。结果表明,水流经过舌形挑坎时流态稳定,水舌横向扩散明显。在挑坎末端高程相同的条件下,下泄流量较小时,曲率和挑角越大,水舌单宽流量的横向分布越均匀,水垫塘底板最大时均压力越小;大泄流量时,曲率和挑角不宜过大,以保证水舌扩散效果。     

高拱坝下游水垫塘内流场的数值模拟

运用带自由表面的三维k-ε气液两相紊流数学模型,采用质量分配的方法概化由于设有齿坎且高程不同的泄洪表孔而形成的复杂水舌形态,模拟了某水利枢纽水垫塘内斜向淹没冲击射流形成的气液两相流场,计算得到的底板时均压力分布与物理模型试验实测结果符合较好.通过数值模拟给出了水垫塘内斜向淹没冲击射流流态和纵横断面上的水气体积分数分布.数学模型弥补了模型试验对水垫塘内部水流流态及有关重要水力学参数难以观测与测量的不足,有助于分析判断泄水建筑物布置的合理性与水垫塘的消能效果.     

高坝水舌作用下水垫塘流场的数值模拟

水垫塘是一种消能防冲结构,它的稳定性是其在高水头、大流量作用下能否安全运用的关键技术之一。本文结合溪洛渡拱坝,用数值模拟的方法模拟了二维水垫塘内的流场特征以及水垫塘底板的压力分布。根据数值模拟结果,提出水垫塘底板分区进行结构设计的方案。     

高坝水舌作用下水垫塘流场的数值模拟

水垫塘是一种消能防冲结构,它的稳定性是其在高水头、大流量作用下能否安全运用的关键技术之一。本文结合溪洛渡拱坝,用数值模拟的方法模拟了二维水垫塘内的流场特征以及水垫塘底板的压力分布。根据数值模拟结果,提出水垫塘底板分区进行结构设计的方案。     

反拱水垫塘拱圈底板动水压强时域与频域的变化规律

设计试验装置,测量高水头和大流量作用下反拱水垫塘全流场内拱圈底板动水压强.利用分析方法,得出拱圈底板表面与底板缝隙动水压强自相关特征和时空相关特征的变化规律,分析其与反拱水垫塘内水流的流动结构和流态之间的关系,揭示拱圈底板动水压强的变化和传播机理;对其频域特性进行分析,结果表明:拱圈底板表面动水压强的优势频率分布范围较广并比底板缝隙内的宽,其峰值频率分布范围主要集中在0～1 Hz,脉动能量均以低频为主.     

面流、戽流的床面压力脉动特性

本文介绍了作者关于面流、戽流床面压力脉动特性试验研究的主要成果。通过对260个点脉动压力数据的分析证明,将面流与戽流床面压力脉动数据视为正态分布是符合实际的。本文还给出了半极差系数K值的取值范围,并讨论了脉动压力系数Cp′沿床面的分布规律以及各主要流态下床面脉动压力的频谱特性。试验结果表明,流态对半极差系数K的取值、脉动压力系数沿床面分布规律以及脉动压力的频谱特性均有显著的影响。     

爆炸驱动颗粒多相材料形成射流的实验研究

为研究近场过程中射流结构的发端和成长,通过高速摄影技术记录干燥及未饱和沙壳在爆炸流场中的动态破碎过程,得到了沙壳破碎发端的临界条件,不同饱和度的沙壳形成射流的数目和平均质量,以及射流体质量的累积分布. 研究结果表明,少量的间隙液体,即使质量分数仅为3.22%,也足以明显推迟未饱和沙壳破碎的发生,使得所形成的射流结构明显增密,这种增密效应一直延续到液体的饱和度达到64.8%. 同时随着饱和度的增加,射流的质量分布也明显收窄,趋向于其特征质量. 炸药的类型对爆炸驱动形成的射流结构也有明显的影响,高爆速的8701驱动的颗粒射流结构明显比TNT驱动的射流结构更细密,且分布更均匀.     

反应装甲爆轰阶段对射流干扰机理的研究

对射流与反应装甲相互作用的机理进行了分析和研究,建立了反应装甲在爆轰阶段干扰射流的数学模型,对“卵石模型”进行了简化和进一步定量化,推导了反应装甲运动的前、后板栏截射流的周期公式,提出了射流受反应装甲干扰后的后效穿深及干扰效率的计算方法,并与实验进行了对比．     

空化射流处理有机废水的机理

空化射流是一种处理效率高、操作简单的有机废水处理新技术,主要利用空泡溃灭时产生的局部高温高压降解有机物,能量利用率比超声空化处理更高.综述了空化射流的机理,然后从自由基反应、直接热分解和超临界水氧化三方面对其处理有机废水的机理进行了探讨,并分析了喷嘴结构、射流空化数、泵压和围压以及有机废水理化性质对空化效应的影响.     

彩色多普勒超声观测妊娠期输尿管排尿的临床意义

目的应用彩色多普勒超声观测输尿管膀胱开口处排尿情况,探讨妊娠期输尿管排尿的特点及临床意义,以减少妊娠期妇女泌尿系感染性疾病的发生.方法选择妊娠妇女150例,分别于早孕期（11-13周）、中孕期（20-24周）、晚孕期（32-36周）进行检查,150例健康妇女作为对照.饮水500 mL后45-60 min时,应用彩色多普勒超声观测输尿管膀胱开口处的尿流形态、排尿频率及尿流速度.结果早孕期与对照组比较,尿流速度、排尿频率差异无统计学意义;中孕期及晚孕期时输尿管排尿频率增高,但尿流速度减低,且右侧尿流速度减低更为明显;尿流速度以仰卧位时最低,对侧卧位时最高,差异具有统计学意义,而排尿频率受体位影响不明显.结论中、晚孕期输尿管排尿的改变与子宫压迫输尿管密切相关,适当卧姿可改善输尿管排尿状况.     

用粒子系统显示三维旋动射流

粒子系统提供了一种从相当简捷的抽象描述中产生复杂结构的方法,可以产生传统的由面构成的物体难以产生的动态和“模糊”效果．笔者借助于粒子系统的这一特性,动态地显示旋动射流复杂的过程,将有助于更加深入地理解旋动射流的特性．结果表明粒子系统是显示三维旋动射流的一种较为有效的手段．     

纯水射流路面清洗效果的模糊预测和实验验证

研究了使用纯水射流进行路面清洗时,影响路面清洗率的清洗参数.采用模糊数学方法建立了清洗率预测的数学模型,通过实验建立了用于预测清洗率的模糊规则库.通过规则推理,实现了在给定输入参数条件下,对清洗率的准确预测.经实验验证,预测误差小于5%.     

环境温度对转炉顶吹氧枪射流特性的影响

联合标准的k-ω湍流模型和雷诺平均的N-S方程,建立了转炉多喷孔氧枪超音速射流可压缩、非等温过程的三维CFD模型,模型的有效性通过实验进行了验证.考察了温度对气体分子黏度的影响,研究了不同温度场下射流动力学特性.结果表明:环境温度对射流速度、密度及温度分布有较大影响,环境温度越高,射流密度越小,速度衰减越慢,速度越大,并且射流径向扩张越厉害;温度越低,射流越易于聚并.随着射流的轴向流动,温度场对射流动压的影响逐渐减小,即射流对熔池的冲击力受环境温度影响减弱,但冲击面积随温度的提高而增大.     

微等离子体喷枪及其应用

 微等离子体喷枪是一类重要的微等离子体源,已成为近年国际上低温等离子体研究的热点课题之一。与常规等离子体喷枪相比,微等离子喷枪具有低功耗、低温度、高密度等特性。由于电极间隙小,适合于高气压或大气压下运行,因而微等离子体喷枪具有体积小、易于集成、便携等优势。目前研制的微等离子体喷枪主要有直流微空心阴极型、高频微DBD型、射频电容耦合型、射频电感耦合型、微波耦合型等放电形式。现阶段,微等离子体喷枪已在半导体制造领域、生物医学领域、航天推进领域进入了实用化阶段。本研究组研究制作了高频微DBD和射频电容耦合型结构的喷枪,将其应用于光刻胶去胶、材料表面改性及微生物灭菌领域,并对喷枪的放电特性进行了研究。基于本研究组的实验研究,本文综述了已有的各种微等离子体喷枪,介绍了各种微等离子体喷枪的结构和工作原理,以及在不同领域的研究和应用状况。