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泵站进水池超低水位水力特性的数值模拟

泵站进水池超低水位水力特性的数值模拟

作者：解克宇华北水利水电大学

学位级别：硕士

近年来,黄河调水调沙取得了显著成果,黄河下游主槽河底高程平均降低1.5m,导致了相同流量下黄河水位下降,引黄泵站的引水水位也随之降低,泵站机组在低于设计低水位(超低水位)下运行,水泵机组出现了振动、汽蚀等方面的问题。针对上述问题... 详细信息

近年来,黄河调水调沙取得了显著成果,黄河下游主槽河底高程平均降低1.5m,导致了相同流量下黄河水位下降,引黄泵站的引水水位也随之降低,泵站机组在低于设计低水位(超低水位)下运行,水泵机组出现了振动、汽蚀等方面的问题。针对上述问题,本文以田山一级泵站为例,建立了泵站前池和进水池的三维湍流模型,对超低水位下前池、进水池中的水流流动情况进行了数值计算,分析了泵站进水池整流后的水力特性,并对整流所采用的三种方案进行了对比,提出了最佳整流方案。本文的主要包括以下几部分的内容:第一章综述国内外研究概况,阐述了研究的目的及意义和本文的研究内容,简单介绍了国内外关于泵站进水池水流流态及优化设计的研究概况。第二章阐述了泵站进水池三维湍流数值模拟所涉及的控制方程、各种湍流模型、边界条件、网格剖分等方面的内容。第三章以田山一级泵站为例,分析黄河不同水位和机组运行情况下进水池的水力特性,为后续整流方案提供技术支持。第四章通过在不改变田山一级泵站进水建筑物、泵机组和出水建筑物的基础上,提出了不同的整流方案,并分析了各种方案对进水池水力特性的改善效果,最终得到了田山一级泵站进水池最佳整流方案。

关键词：泵站进水池数值模拟整流

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水下自激吸气式射流装置冲击力时频特性分析

振动与冲击 2016年第24期35卷 213-220页

作者：刘新阳朱安福高传昌胡亚州解克宇华北水利水电大学电力学院郑州450045

利用水下射流循环试验系统对水下自激吸气式射流装置进行了冲击试验,得到了装置吸气和不吸气条件下冲击力时域波形,运用第二代小波变换和Wigner-Ville分布相结合的方法提取了冲击力时频特性,研究了装置吸气和不吸气条件以及不同围压和... 详细信息

利用水下射流循环试验系统对水下自激吸气式射流装置进行了冲击试验,得到了装置吸气和不吸气条件下冲击力时域波形,运用第二代小波变换和Wigner-Ville分布相结合的方法提取了冲击力时频特性,研究了装置吸气和不吸气条件以及不同围压和靶距下冲击力频带能量分布规律。结果表明,存在最优下喷嘴直径使装置的冲击力时域特征参数最佳;装置冲击力能量主要集中在低频带,且围压、靶距和吸气对频带能量比影响较大;吸气对装置冲击力频率成分、能量密度分布和脉冲效果均有明显影响,而围压和靶距只对能量密度分布和脉冲效果影响较大;碰撞体测点压力反映了装置聚能和释能的状态且与冲击力能量密度分布存在着对应关系。

关键词：水下自激吸气射流冲击力时频特性

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自激吸气式脉冲射流装置压力及流动特性研究

四川大学学报（工程科学版） 2016年第3期48卷 41-47页

作者：刘新阳高传昌张川马文良解克宇胡亚州华北水利水电大学水利学院河南郑州450045

针对自激吸气式脉冲射流装置的脉冲效果及其产生原因,开展装置冲击试验,测量装置腔体上典型测点压力和靶心冲击力时间历程,运用高速摄像技术观测装置内部水气流动过程,分析不同结构参数和运行参数下典型测点压力与冲击力脉冲效果,研究... 详细信息

针对自激吸气式脉冲射流装置的脉冲效果及其产生原因,开展装置冲击试验,测量装置腔体上典型测点压力和靶心冲击力时间历程,运用高速摄像技术观测装置内部水气流动过程,分析不同结构参数和运行参数下典型测点压力与冲击力脉冲效果,研究吸气量、典型测点压力和冲击力时间历程与水气流动过程之间的关系。研究结果表明:腔长、下喷嘴直径、工作压力和围压对吸气量有明显的影响;腔长和下喷嘴直径对碰撞体测点压力和冲击力脉冲效果均有较大影响,存在着最佳结构参数使装置吸气量、冲击力时均值最大且脉冲效果最好;工作压力、围压和吸气对冲击力时均值及其脉冲效果影响较大;装置吸气后腔内形成了气水旋转涡团,气水旋转涡团与吸气量、碰撞体测点压力和冲击力时间历程存在着明显的对应关系。

关键词：自激吸气式脉冲射流压力特性流动特性脉冲效果

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吸气对水下自激脉冲射流装置压力特性的影响

应用基础与工程科学学报 2016年第2期24卷 282-294页

作者：刘新阳高传昌胡亚州马文良解克宇刘玉龙华北水利水电大学水利学院河南郑州450004

通过实验手段对水下自激脉冲射流装置不吸气和吸气条件下的压力特性进行了研究,得到了装置不吸气和吸气条件下典型测点压力和靶盘驻点压力,研究了吸气对装置典型测点和驻点压力的影响规律,分析了吸气量、典型测点以及驻点压力的时间变... 详细信息

通过实验手段对水下自激脉冲射流装置不吸气和吸气条件下的压力特性进行了研究,得到了装置不吸气和吸气条件下典型测点压力和靶盘驻点压力,研究了吸气对装置典型测点和驻点压力的影响规律,分析了吸气量、典型测点以及驻点压力的时间变化过程.研究结果表明:在不同下喷嘴直径和围压下装置吸气后腔壁测点和碰撞体测点压力均是上升的,但下喷嘴测点压力变化在不同下喷嘴直径下与围压高低有关;吸气量的变化主要取决于碰撞体测点压力的变化,与下喷嘴测点和腔壁测点压力变化无关;装置吸气后靶心附近驻点压力上升,而远离靶心位置驻点压力下降,吸气具有明显的聚能效果,下喷嘴直径对靶心及第1圈驻点压力影响较大,其它位置影响较小;吸气后装置碰撞体测点、下喷嘴测点压力时间变化过程具有明显的脉冲效果,且下喷嘴直径对靶心驻点压力的脉冲效果影响较大.

关键词：吸气水下自激脉冲射流压力特性

水下自激脉冲射流装置流场的数值模拟及试验研究

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排灌机械工程学报 2016年第3期34卷 220-226页

作者：高传昌解克宇刘新阳胡亚州马文良华北水利水电大学电力学院河南郑州450045

利用自行研制的淹没射流试验平台进行水下自激脉冲射流试验,得到水下自激脉冲射流驻点压力的径向和轴向分布,通过建立相应的物理模型和数学模型,对水下自激脉冲射流内外流场进行了数值模拟,得到装置内、外流场的压力和速度分布,并对计... 详细信息

利用自行研制的淹没射流试验平台进行水下自激脉冲射流试验,得到水下自激脉冲射流驻点压力的径向和轴向分布,通过建立相应的物理模型和数学模型,对水下自激脉冲射流内外流场进行了数值模拟,得到装置内、外流场的压力和速度分布,并对计算结果进行试验验证.结果表明:自激脉冲射流在非淹没条件下,有明显的低频脉冲发生,而在淹没条件下,部分射流能量消耗在淹没水流中,以致在腔室内难以形成空化,没有产生明显的脉冲,且驻点压力大幅度减小;不同水深的径向压力分布曲线基本是相同的,近似服从高斯正态分布;轴向驻点压力均随靶距的增大而减小,其衰减特性与连续射流及非淹没情况相似,只是其在有围压情况下衰减速度更快;水下自激脉冲射流装置的内部流场存在轴心主射流低压区、两个对称的负压区、碰撞高压区,并在靠近碰撞体的腔体处产生漩涡,其外流场和冲击射流流场相似,但不存在射流核心区.

关键词：自激脉冲射流流场淹没流速

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水下自激吸气式射流装置流动特性及性能研究

水力发电学报 2015年第12期34卷 99-107页

作者：刘新阳高传昌解克宇胡亚州马文良华北水利水电大学郑州450045

运用欧拉气液两相流模型和RNG k-?湍流模型,对水下自激吸气式射流装置水气两相流动特性进行数值模拟,研究了装置吸气和不吸气条件下内部压力分布、水气两相流速分布以及水气混合过程;开展了装置射流冲击性能试验,分析了装置的冲击力和... 详细信息

运用欧拉气液两相流模型和RNG k-?湍流模型,对水下自激吸气式射流装置水气两相流动特性进行数值模拟,研究了装置吸气和不吸气条件下内部压力分布、水气两相流速分布以及水气混合过程;开展了装置射流冲击性能试验,分析了装置的冲击力和冲蚀效果的变化规律。研究结果表明:与不吸气相比,装置吸气后内部压力接近大气压;吸气后射流核长度和下喷嘴出口断面流速明显大于不吸气;水气完全混合后,在射流核两侧的漩涡区,气相浓度较高,从射流核到漩涡区气相浓度逐渐增大;装置计算吸气量、典型测点压力与试验结果吻合较好;不同围压和靶距下,装置吸气后靶心及附近位置冲击力明显高于不吸气,说明了装置产生了聚能效应;装置吸气后冲蚀深度和冲蚀体积明显大于不吸气,但冲蚀表面积略有下降。

关键词：流体机械及工程水下自激吸气式流动特性性能数值模拟试验

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水下自激吸气式脉冲射流装置冲击性能试验

振动与冲击 2015年第24期34卷 188-191,208页

作者：刘新阳高传昌刘玉龙马文良解克宇胡亚州华北水利水电大学电力学院郑州450045

为了研究水下自激吸气式脉冲射流装置的吸气量、冲击力和冲蚀效果,对两种不同腔长和腔径装置并结合不同下喷嘴直径在吸气和不吸气以及不同围压条件下的冲击性能进行了一系列试验研究。研究结果表明:围压和下喷嘴直径对装置吸气量的影响... 详细信息

为了研究水下自激吸气式脉冲射流装置的吸气量、冲击力和冲蚀效果,对两种不同腔长和腔径装置并结合不同下喷嘴直径在吸气和不吸气以及不同围压条件下的冲击性能进行了一系列试验研究。研究结果表明:围压和下喷嘴直径对装置吸气量的影响较大,围压越高吸气量越小,存在一个最佳下喷嘴直径范围;围压和下喷嘴直径对装置最佳冲击射程影响较小;与不吸气相比,装置吸气后靶心和第一圈冲击力明显增大,其它位置冲击力则变小,产生较好的聚能效果;不同围压下靶心和各圈冲击力随着下喷嘴直径变化规律是不同的;下喷嘴直径对装置冲蚀深度、冲蚀表面积和冲蚀体积等冲蚀效果的影响也是不同的。

关键词：水下吸气脉冲射流冲击性能试验

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水下自激脉冲射流喷嘴的吸气性能试验研究

南水北调与水利科技 2016年第1期14卷 109-113,118页

作者：高传昌胡亚州刘新阳解克宇马文良王猛飞华北水利水电大学郑州450045

运用自行研制的试验装置对水下不同结构参数的自激吸气脉冲射流喷嘴的吸气性能进行试验,研究了喷嘴的上下喷嘴直径、腔径和腔长等不同的组合配比对喷嘴吸气量的影响,以及喷嘴吸气量对喷嘴冲击性能的影响。结果表明：喷嘴吸气是提高水下... 详细信息

运用自行研制的试验装置对水下不同结构参数的自激吸气脉冲射流喷嘴的吸气性能进行试验,研究了喷嘴的上下喷嘴直径、腔径和腔长等不同的组合配比对喷嘴吸气量的影响,以及喷嘴吸气量对喷嘴冲击性能的影响。结果表明：喷嘴吸气是提高水下自激脉冲射流冲击性能的有效途径,喷嘴的相对冲击力随着喷嘴吸气量的增加而提高;在较优的喷嘴结构参数配比范围内,喷嘴的吸气比率最大;最佳吸气比率的喷嘴面积比、相对腔长和相对腔径配比范围分别为3.5~4.0、8~9、11~12.5。

关键词：喷嘴脉冲射流吸气结构参数冲击力吸气量

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围压下自激吸气脉冲射流装置压力特性试验

人民黄河 2016年第5期38卷 27-30,124页

作者：解克宇高传昌刘新阳马文良胡亚洲王猛飞华北水利水电大学电力学院河南郑州450045

为了解自激吸气式脉冲射流装置在围压作用下的脉冲效果及腔体内压力的变化规律,利用自主研发的水下射流装置平台开展试验研究,分析了不同围压时装置在不吸气和吸气条件下的冲击力、频率特性及腔体内压力的变化规律。结果表明:围压对装... 详细信息

为了解自激吸气式脉冲射流装置在围压作用下的脉冲效果及腔体内压力的变化规律,利用自主研发的水下射流装置平台开展试验研究,分析了不同围压时装置在不吸气和吸气条件下的冲击力、频率特性及腔体内压力的变化规律。结果表明:围压对装置射流冲击力衰减影响较大,相同靶距时高围压的冲击力衰减较快;装置吸气后射流冲击力的频率比不吸气低,但振幅变大;围压对不吸气和吸气条件下腔体内的压力影响规律相同,测点压力均随着围压增大而减小,而在同一围压条件下吸气后腔体内测点压力变大。

关键词：围压吸气脉冲射流冲击力频率试验