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水平旋流泄洪洞通风量相似性研究

水力发电学报 2013年第4期32卷 77-81,142页

作者：牛争鸣南军虎洪镝燕军乐西安理工大学水利水电学院西安710048 兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 黄河上游水电开发有限责任公司西宁810209

结合公伯峡水平旋流泄洪洞1∶40和1∶60模型及原型试验成果,分析了通气系统的通风机理,依据相似理论研究了通风量的相似性问题。研究表明,水流挟气使空腔内形成负压,通风由通气孔进出口的压差产生;空腔内真空度是原、模型通风量相似的... 详细信息

结合公伯峡水平旋流泄洪洞1∶40和1∶60模型及原型试验成果,分析了通气系统的通风机理,依据相似理论研究了通风量的相似性问题。研究表明,水流挟气使空腔内形成负压,通风由通气孔进出口的压差产生;空腔内真空度是原、模型通风量相似的主要影响因素;受通气孔摩阻特性和空腔内气体状态的影响,真空度比尺与几何比尺并不相等,导致通风量比尺与重力相似比尺不符;但对于1∶40模型,旋流洞环流速度最大值为6.2m/s,真空度比尺与几何比尺较为接近,起旋室通风井通风量可近似按重力相似引申。

关键词：水力学水平旋流相似理论通风机理通风量相似性

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水平旋流泄洪洞的基本流态与影响因素

水利水电科技进展 2007年第4期27卷 1-5页

作者：牛争鸣张宗孝张壮志西安理工大学水利水电学院陕西西安710048 中国长江电力股份有限公司湖北宜昌443002

通过模型试验,对上下游水位、通气孔直径、水平洞洞长和起旋器收缩断面面积比对水平旋流泄洪洞的流态的影响进行了研究。结果表明,在竖井为有压流的条件下,水平旋流泄洪洞的流态可分为自由流、吸吮流和淹没流3种基本流态,流态的分类与... 详细信息

通过模型试验,对上下游水位、通气孔直径、水平洞洞长和起旋器收缩断面面积比对水平旋流泄洪洞的流态的影响进行了研究。结果表明,在竖井为有压流的条件下,水平旋流泄洪洞的流态可分为自由流、吸吮流和淹没流3种基本流态,流态的分类与转变受各种因素的影响;通气时,水平旋流洞内旋流的空腔直径大而均匀,水流旋转的强度增大;不同的洞长,流态从吸吮流向淹没流转变时过渡区的相对上下游水位差相同,但洞长越大,吸吮流的范围越大,转变为自由流流态时所需要的起旋器出口的水流弗劳德数也越大;起旋器出口面积比不同时,流态分区的临界水力条件是不同的。

关键词：泄洪洞水平旋流模型试验基本流态影响因素

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公伯峡水平旋流泄洪洞水力特性研究

水力发电学报 2013年第3期32卷 101-107页

作者：南军虎牛争鸣洪镝朱静吴小丽西安理工大学水利水电学院西安710048 兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 黄河上游水电开发有限责任公司西宁810209 武汉长汛建设工程有限公司武汉430010

本文采用原型与不同比尺模型试验对比和理论分析的方法,研究了公伯峡水平旋流泄洪洞的水力特性,初步探讨了模型的缩尺效应。结果表明:1)泄流量满足设计要求,模型泄流量基本满足重力相似律;2)旋流角符合指数的变化规律,其值介于20°～90... 详细信息

本文采用原型与不同比尺模型试验对比和理论分析的方法,研究了公伯峡水平旋流泄洪洞的水力特性,初步探讨了模型的缩尺效应。结果表明:1)泄流量满足设计要求,模型泄流量基本满足重力相似律;2)旋流角符合指数的变化规律,其值介于20°～90°之间;旋流洞内压强沿程减小且呈波动式变化,压强脉动的主频属低频;3)环流空腔直径的变化为4～7.5 m,旋流洞中最大流速约为37～39.3 m/s,流动过程中切向流速减小,轴向流速增大;4)通气孔通气由其进出口的压差产生,模型比尺越大,水流流速越大,挟气能力越强,则通风量越大;空腔内负压与通气孔风速表明环形通气孔孔径偏小;5)水平旋流泄洪洞内水流的掺气效果良好,竖井段掺气浓度呈乘幂分布;模型水流掺气的缩尺效应明显;6)水平旋流泄洪洞的消能率高。

关键词：水力学水平旋流试验研究水力特性原型缩尺效应

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淹没射流与水平旋流梯级内消能工的水力特性

水力发电学报 2018年第12期37卷 65-74页

作者：牛争鸣余聪李奇龙王天时邓淯宸西安理工大学水利水电学院西安710048 河南省豫北勘测设计研究院河南安阳455000

为解决导流洞改建为单一内消能泄洪洞出现的空蚀问题,作用水头难以提高,运行方式和灵活性有限等工程实际问题,提出了一种新型"淹没射流与旋流梯级内消能工"。通过模型试验对其基本流态与水力特性进行量测和分析,结果表明:竖井水位是保... 详细信息

为解决导流洞改建为单一内消能泄洪洞出现的空蚀问题,作用水头难以提高,运行方式和灵活性有限等工程实际问题,提出了一种新型"淹没射流与旋流梯级内消能工"。通过模型试验对其基本流态与水力特性进行量测和分析,结果表明:竖井水位是保证稳定运行的关键条件,当其高于射流尾水洞洞径的1.2倍后,各部分流态均趋于稳定;上游水位与下游水位均会影响竖井水位,其中上游水位影响更为显著;射流孔口和起旋器孔口的无量纲泄流量与其相对净作用水头均为线性增大关系;在射流段、水平旋流洞段与旋流阻塞扩散段,壁面压强沿程呈现出明显的分三段降低、各段稳定变化的特征。本文试验条件下,各段的最大压强水头差与总水头的比值分别为0.12、0.47和0.2,射流和旋流两级消能最大净作用水头占总水头的比例分别为0.13～0.15和0.59～0.80,最大孔口流速26.2 m/s,射流尾水和旋流扩散段的最大断面平均流速10.5 m/s,14.5 m/s,表明其具有良好的分级分段的消能特性,体型基本合理,但总作用水头尚有较大的提高余地,分级消能的比例尚需进一步优化。

关键词：淹没射流水平旋流梯级内消能工模型试验水力特性

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水平旋流式内消能泄洪洞数值模拟分析

人民长江 2011年第5期42卷 78-81页

作者：邬海波赵振兴河海大学水利水电工程学院江苏南京210098 河海大学力学与材料学院江苏南京210098

为了探究水平旋流式内消能泄洪洞的消能机理及相关水力要素的变化情况,采用RNGk-ε双方程紊流模型及基于水气两相流的VOF方法,并结合公伯峡水电站的原型观测资料,得到了洞内流速和压强等水力要素的分布规律。数值模拟结果与公伯峡水电... 详细信息

为了探究水平旋流式内消能泄洪洞的消能机理及相关水力要素的变化情况,采用RNGk-ε双方程紊流模型及基于水气两相流的VOF方法,并结合公伯峡水电站的原型观测资料,得到了洞内流速和压强等水力要素的分布规律。数值模拟结果与公伯峡水电站原型观测数据的对比分析表明,数值模拟方法能够较好地模拟水平旋流泄洪洞的泄流过程;通过改变旋流室入流角度,得出了压强、通气量和消能率的变化规律。

关键词：紊流模型数值模拟水平旋流入流角度消能率

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水平旋流泄洪洞流速场试验研究

水平旋流泄洪洞流速场试验研究

作者：汪振西安理工大学

学位级别：硕士

水平旋流泄洪洞具有结构简单,布置灵活,消能率高的特点,基本上可避免高速水流带来的许多问题,因此在峡谷高坝建设与导流洞改建为永久式水平旋流内消能泄洪洞的研究中有重要的学术理论意义与实际应用价值。对水平旋流泄洪洞采用激光测... 详细信息

水平旋流泄洪洞具有结构简单,布置灵活,消能率高的特点,基本上可避免高速水流带来的许多问题,因此在峡谷高坝建设与导流洞改建为永久式水平旋流内消能泄洪洞的研究中有重要的学术理论意义与实际应用价值。对水平旋流泄洪洞采用激光测速及壁面脉动压强研究,为掌握其流速分布、脉动流速分布、湍流强度分布及壁面脉动特性都有重要意义,是研究该体型泄洪洞消能机理及消能安全的基础,因此本论文的研究内容有着重要的意义。本论文通过模型试验和理论分析,以相关水力物理量的精确量测为基础,主要研究了水平旋流泄洪洞流速及壁面脉动压强分布规律,同时对泄流量规律、典型流态的划分及壁面时均压强分布规律进行了试验研究分析,取得了较深入的研究成果: 本文首次采用激光测速仪(LDA)对水平旋流泄洪洞流速进行了测量,研究发现:沿半径方向轴向流速的分布总体上可以看作为最大值靠近壁面一侧的二次曲线分布;切向流速呈组合涡分布即靠近管中心一侧为强迫涡分布,靠近壁面一侧为自由涡分布。随旋流强度沿程的衰减最大值点不断向管中心移动;随上游水位的降低及下游水位的升高,切向流速最大值点也不断向管中心一侧移动。同时还对脉动流速和湍流强度沿径向、沿程及随流态变化的分布规律进行了研究,分析了影响脉动流速和湍流强度的主要因素为旋流强度、旋流空腔及壁面不可滑移边界层。对水平旋流泄洪洞壁面脉动压强的研究发现,脉动压强主频在0.03.6Hz属于低频范围,与建筑物固有频率相差甚远,水流脉动不会与建筑物产生共振;脉动能量即脉动优势频率主要集中在0～20Hz之间。随旋流强度的衰减沿程各测点频率也相应地衰减。水平旋流泄洪洞壁面脉动压强振幅概率分布基本上呈现高斯正态分布;但在水平段首(Z/D=0～4.5)和尾(Z/D=29～水平段出口) Cs、Ce均要略大于理论值。经研究分析验证并丰富了水平旋流泄洪洞的基本流态序列、过渡流态的特性及临界水力条件。泄量计算公式虽与闸孔出流相同,但流量系数在不同的流态区的变化规律是不同的。水平旋流泄洪洞壁面时均压强分布规律与前人的研究成果相一致,即水平洞壁面压强随上下游水位的升高而升高,沿程逐渐降低;起旋器出口至过渡段末即Z/D=0.5范围内,由于该段内存在剧烈的势能向动能转化,因此时均压强存在一定波动,变化规律随流态的变化而不同。过渡段后至水平洞出口,时均压强沿程呈(P/D)=ALn(Z/D)+B规律递减。

关键词：水平旋流激光测速仪(LDA) 流速分布脉动特性

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由风速和压强过程线解读水平旋流泄洪洞流态

西安理工大学学报 2012年第4期28卷 398-403页

作者：南军虎牛争鸣洪镝朱静西安理工大学水利水电学院陕西西安710048 兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 黄河上游水电开发有限责任公司青海西宁810209

以公伯峡水电站为例,结合原型风速和压强随闸门开度的变化过程线,研究了水平旋流泄洪洞的水流流态。试验系统描述了堰闸段、竖井段、起旋室、旋流洞、水垫塘及退水洞内水流流态的变化过程,对比分析了原型和模型流态的差异。结果表明受... 详细信息

以公伯峡水电站为例,结合原型风速和压强随闸门开度的变化过程线,研究了水平旋流泄洪洞的水流流态。试验系统描述了堰闸段、竖井段、起旋室、旋流洞、水垫塘及退水洞内水流流态的变化过程,对比分析了原型和模型流态的差异。结果表明受收缩环的影响,在闸门开启过程中堰闸段水流由堰流向淹没流过渡,竖井段水流由自由跌落向淹没射流过渡;旋流洞内流态的变化大致可分为五个阶段,经历由自由流向吸吮流转变的过程;水垫塘调整流态的作用显著,退水洞内水流呈稳定的明流流态。

关键词：水平旋流流态原型开度过程线

不同阻塞比旋流阻塞泄洪洞水力特性数值模拟研究

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水力发电 2024年

作者：龙建李奇龙李大贵王立杰水能资源利用关键技术湖南省重点实验室中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司西安理工大学水利水电学院甘肃省地震局

水平旋流泄洪洞中设置阻塞可增大洞内压力并改善水流空化条件，同时还可提升消能率，在高水头泄洪消能中具有独特优势。为探究不同阻塞比阻塞对水平旋流洞水流水力特性的影响，本文采用Realizable k-ε紊流模型与VOF法，对阻塞比0.2、0.... 详细信息

水平旋流泄洪洞中设置阻塞可增大洞内压力并改善水流空化条件，同时还可提升消能率，在高水头泄洪消能中具有独特优势。为探究不同阻塞比阻塞对水平旋流洞水流水力特性的影响，本文采用Realizable k-ε紊流模型与VOF法，对阻塞比0.2、0.3、0.36、0.4、0.5等5组体形水流水力特性进行了数值模拟。结果表明：阻塞比m越大，空腔直径越小，m大于0.4时，空腔沿程变化变大，空腔旋流不稳定，阻塞比m不宜超过0.4；空腔旋流横断面压强近似呈底部略大的同心圆分布，阻塞比0.5较0.2体形壁面压强增大约2/3，阻塞增压效果显著，且m大于0.3时增压效果更为显著；空腔旋流呈三维流速分布，切向流速沿径向近似为中心对称分布，轴向流速近似为轴对称分布；阻塞比0.5较0.2体形断面平均流速减小约1/4，阻塞减速效果显著。阻塞的增压减速效应有助于改善洞内水流空化条件，使之适用于更高水头的泄洪消能。综合来看，阻塞比选择在0.3～0.4之间较为适宜。

关键词：水平旋流阻塞阻塞比空腔旋流水力特性泄洪洞

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通气对水平旋流内消能泄洪洞水力特性的影响

长江科学院院报 2006年第5期23卷 1-5页

作者：牛争鸣张宗孝孙静洪镝谢小平曹双利西安理工大学西安710048 黄河上游水电开发有限责任公司建设公司西宁810900

通过模型试验,研究了水平旋流条件下通气对水力特性的影响,结果表明,通气对流态、泄流量、壁面压强和空腔内的气体压强均有较显著的影响。通气时,环流空腔的直径增大,流动稳定;随通气孔直径的增大,泄流量和通风量均先增大然后减小,具有... 详细信息

通过模型试验,研究了水平旋流条件下通气对水力特性的影响,结果表明,通气对流态、泄流量、壁面压强和空腔内的气体压强均有较显著的影响。通气时,环流空腔的直径增大,流动稳定;随通气孔直径的增大,泄流量和通风量均先增大然后减小,具有最大值,且环流空腔内的负压值迅速减小并趋于零;不通气或通气孔的直径较小时,负压值较大,壁面压强也较大,这与通常的认识不同;随下游水位的升高,在下游洞口临近淹没时,通气量达到最大。

关键词：泄水建筑物水力学特性模型试验水平旋流通气影响