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空腔回水影响因素的试验研究

吉林水利 2007年第5期 25-26页

作者：杨伟赵学问刘善均董宝顺四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065

通过水力学模型的实验研究,得出空腔回水深度和下游底坡,坎高,坎上流速,水深,来流单宽流量,弗汝德数和下游水舌冲击角度等有关,并对这些因素对回水的影响进行了定性分析。

关键词：空腔回水单宽流量弗汝德数冲击角

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泄槽反弧段掺气坎空腔回水的试验研究

南水北调与水利科技 2011年第4期9卷 39-42页

作者：储威威张涛徐一民张继肖舒蕴璟王尧昆明理工大学电力工程学院昆明650500 云南经济管理职业学院昆明650106

空腔回水是制约掺气效果的一个重要因素,影响掺气空腔回水的因素众多且复杂。通过泄槽反弧段模型试验,研究了当流量、挑坎高度、挑坎坡度等因素发生变化时,反弧半径的变化对空腔回水深度的影响。试验结果表明,当其他条件不变时,随着反... 详细信息

空腔回水是制约掺气效果的一个重要因素,影响掺气空腔回水的因素众多且复杂。通过泄槽反弧段模型试验,研究了当流量、挑坎高度、挑坎坡度等因素发生变化时,反弧半径的变化对空腔回水深度的影响。试验结果表明,当其他条件不变时,随着反弧半径的增大,空腔回水深度逐渐减小;反弧半径越小,对空腔回水深度的影响越明显;对于同一挑坎高度或坡度,空腔回水深度随来流量的增加而增加;随着挑坎高度、挑坎坡度的增大,空腔回水深度也随之增大,但当挑坎坡度达到一定时,空腔回水深度将不会增大。研究成果可为优化掺气坎下游设施的设计提供参考。

关键词：水力学试验反弧半径挑坎高度挑坎坡度佛氏数空腔回水

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掺气坎空腔回水问题分析

云南水力发电 2009年第3期25卷 40-41页

作者：罗永钦张绍春中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院科学研究分院云南昆明650033

以研究空腔回水的重要性为出发点,概述空腔回水的危害、掺气坎空腔回水的影响因素及目前解决空腔回水的一些措施。提出在研究空腔回水的过程中,可始终围绕来流条件与边界条件两大前提,由"果"追"因",以达到高效减轻回水的目的。

关键词：掺气坎空腔回水概述来流条件边界条件

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变坡处掺气坎空腔回水研究

西南民族大学学报（自然科学版） 2008年第1期34卷 199-202页

作者：罗永钦张绍春李仕胜中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院科学研究分院昆明650033

采用断面模型试验研究了变坡处掺气设施的空腔回水问题.指出可能存在掺气挑坎临界高度,挑坎高度小于临界值,淹没水深与挑坎高度成正比关系,挑坎高大于临界值,淹没水深与挑坎高度成反比关系;可采用高跌坎间接提高底空腔进气口高度的方法... 详细信息

采用断面模型试验研究了变坡处掺气设施的空腔回水问题.指出可能存在掺气挑坎临界高度,挑坎高度小于临界值,淹没水深与挑坎高度成正比关系,挑坎高大于临界值,淹没水深与挑坎高度成反比关系;可采用高跌坎间接提高底空腔进气口高度的方法消除或减轻空腔回水的不利影响;通过试验发现,坎前水深一定时,淹没水深与各水力参数基本成近线性规律变化.最后和整体模型试验结果进行对比,指出对空腔回水的研究不受比尺大小的影响.

关键词：空腔回水变坡挑坎断面模型整体模型

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消除掺气坎空腔回水的研究

消除掺气坎空腔回水的研究

龙落尾式泄洪洞泄流数值反馈与掺气设施布置优化

第四届全国水力学与水利信息学学术大会

作者：叶茂黄武林方斌蒙富强中国水电顾问集团成都勘测设计研究院

对于低Fr数、小底坡的泄水建筑物而言,掺气空腔容易产生回水,影响掺气效果,可通过修改掺气坎体型和调整坎后底板两种方法予以解决,目前第二种方法的研究成果不多。某工程导流洞内流速超过35 m/s,Fr数低于4,底坡为1:10.45,布置掺气设施... 详细信息

对于低Fr数、小底坡的泄水建筑物而言,掺气空腔容易产生回水,影响掺气效果,可通过修改掺气坎体型和调整坎后底板两种方法予以解决,目前第二种方法的研究成果不多。某工程导流洞内流速超过35 m/s,Fr数低于4,底坡为1:10.45,布置掺气设施的难度较大。原方案掺气空腔内回水严重,采用理论分析和模型试验相结合的方法对掺气设施进行了修改,结果表明:增大水舌冲击区的底坡并将底板适当抬高,可减小挑射水舌对底板的冲击角,有效地消除了空腔回水,通气孔风速和通气量明显增大。

关键词：掺气坎空腔回水冲击角理论分析模型试验

来源： cnki会议评论

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水电能源科学 2023年第5期41卷 105-108页

作者：王廷黄耀英詹双桥申幸志王显峰三峡大学水利与环境学院湖北宜昌443002 湖南省水利水电勘测设计规划研究总院有限公司湖南长沙410007 湖南涔天河工程建设投资有限责任公司湖南永州425500

为验证和优化涔天河水库扩建工程#1泄洪洞“龙落尾”布置方案,首先建立#1泄洪洞泄流数值计算模型,然后根据室内试验翼型掺气坎后的空腔回水结果反馈数值计算模型的合理性,进而基于水力安全和经济综合原则定义了掺气坎体型的优化目标函数... 详细信息

为验证和优化涔天河水库扩建工程#1泄洪洞“龙落尾”布置方案,首先建立#1泄洪洞泄流数值计算模型,然后根据室内试验翼型掺气坎后的空腔回水结果反馈数值计算模型的合理性,进而基于水力安全和经济综合原则定义了掺气坎体型的优化目标函数,最后利用反馈数值计算模型研究#1泄洪洞掺气设施优化布置。研究表明,采用结构化矩形网格的FAVOR方法、VOF方法、RNGκ-ε湍流模型及精细网格的数值模型进行模拟,其计算结果与室内试验结果在空腔长度和空腔形态上的规律较为接近;#1泄洪洞翼型坎挑坎角度α和坎后底坡坡率θ最优值分别为10%、20%。

关键词：龙落尾翼型掺气坎空腔回水数值反馈布置优化

某大型水利工程长洞线缓底坡多级掺气设施优化研究

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某大型水利工程长洞线缓底坡多级掺气设施优化研究

作者：郭港归西安理工大学

学位级别：硕士

高水头泄水建筑物空化空蚀问题显著,掺气是一种有效的减蚀措施。而对于底坡缓、Fr低的泄洪放空洞,这种结构下因掺气坎下积水严重,导致水流掺气困难,必须通过优化掺气设施降低空腔回水。本文以实际工程中某大型水电站泄洪放空洞为研究对... 详细信息

高水头泄水建筑物空化空蚀问题显著,掺气是一种有效的减蚀措施。而对于底坡缓、Fr低的泄洪放空洞,这种结构下因掺气坎下积水严重,导致水流掺气困难,必须通过优化掺气设施降低空腔回水。本文以实际工程中某大型水电站泄洪放空洞为研究对象,采用数值模拟的方法研究了不同跌坎坎高、底坡坡度对空腔积水深度和净空腔长度的影响;分析了平面梯形坎、平面凹型坎、平面凸型坎对空腔回水的作用机制;数值优化获得了合理的掺气坎体型,并通过物理模型试验的方法对泄洪放空洞的水力特性进行测量和分析,验证优化方案是否合理。基于支持向量机的方法,建立了预测空腔积水深度和空腔长度的机器学习模型,分析了不同无量纲参数组合对模型预测精度的影响。主要研究及成果如下:(1)依据某大型水利工程,采用RNG k-ε紊流模型,利用VOF法捕捉空腔积水和自由表面,对泄洪放空洞进行三维数值模拟,得到了水面线及空腔形态、压强分布等水力要素。并将试验值与数值模拟计算的结果进行对比,结果表明模拟值与试验值吻合较好,说明数值模型能够准确计算各水力要素;原方案1#、2#掺气坎存在大量空腔回水问题,且2#掺气坎下游水面波动大,洞室两侧水深接近洞顶直墙高度,水流流态差。(2)针对原方案前两道掺气坎存在空腔积水的问题,研究减少积水的主要因素,主要包括不同坎高、底坡坡度和新型掺气坎体型对空腔积水的影响。结果表明,随着坎高降低、底坡增加,空腔回水呈现下降的趋势。当空腔体积大时,影响空腔积水的主要原因是水舌冲击角较大所致;当空腔体积较小时,空腔积水的形成除了水舌冲击角以外,还需要考虑负压的影响。分析平面梯形坎、平面凸型坎、平面凹型坎和普通坎的底部水舌形态、落点区水流结构、紊动能分布,发现新型掺气坎减缓空腔积水的主要原理是依据水舌落点在横向上的分布不同,落点较短的水流去抵挡落点较远产生的回流,从而减缓空腔回水,且经对比发现平面梯形坎、平面凹型坎减缓回水的作用较好。分析以上规律后选定1、2#掺气坎的体型结构,通过物理模型试验对6种工况下泄洪放空洞的泄流能力、水面线、压强、通气量和掺气浓度进行分析,发现优化方案积水较少,掺气空腔能够形成稳定进气,2#掺气坎下游流态较好。(3)通过python语言构建支持向量机模型,研究了4种训练集抽取比例、12组输入变量组合,通过网格搜索和交叉验证的方法研究超参数的分布规律,并对空腔积水和空腔长度进行预测。结果表明,训练集抽取比例会显著影响模型预测的准确性;支持向量机模型超参数之间存在相互制约的关系,从而提高了模型泛化性能;保持模型的复杂度与样本的复杂度一致且在合理的输入组合下能够实现模型对空腔积水和空腔长度的准确预测。

关键词：小底坡低弗劳德数空腔回水数值模拟支持向量机

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掺气坎回水成因分析及其数值模拟研究

掺气坎回水成因分析及其数值模拟研究

作者：雷佳明四川大学

学位级别：硕士

随着工程技术的发展,水利工程中具有大单宽流量(q>150m/s)、低弗劳德数(Fr<4)的泄水建筑物与日俱增。过流边壁若不采取相应措施在高速水流的冲刷下极易发生空蚀破坏。设置掺气设施以促使水流掺气,是工程中防止壁面空蚀行之有效的手段。... 详细信息

随着工程技术的发展,水利工程中具有大单宽流量(q>150m/s)、低弗劳德数(Fr空腔是掺气设施发挥作用的重要前提。而在底坡较缓、单宽流量较大、Fr数较低的条件下,传统掺气坎之后的底部掺气空腔易发生较为严重的回水现象,持续或间歇封堵掺气空腔影响掺气效果。关于掺气坎空腔回水的研究大多停留在模型试验研究上。模型试验周期长,费用高,仅仅靠模型试验很难系统的分析掺气坎结构参数、水流水力学参数的变化对有空腔回水以及有效掺气空腔的影响。关于掺气坎空腔回水的理论公式和数值模拟方法可以弥补这些缺陷,结合模型试验验证可以方便快速的得出掺气坎下游的流动特性及流场信息。(1)运用势流理论分析了空腔回水等多种因素对有效掺气空腔长度的影响,提出了一套物理意义清晰、计算精度较高且计算相对简洁的公式,计算结果得到工程实例验证,与前人公式相比准确性更高,适用范围更广。掺气坎出射水流水舌与底板形成一定角度的冲击角,由此造成的底板上下游动量分配是空腔回水产生的原因,冲击角角度也是空腔回水长度的决定性因素。冲击角小于9°时空腔回水现象不明显。(2)通过水工模型试验,确定溢洪洞单体模型掺气设施设置位置、数量、间距、掺气设施体型、细部尺寸及通气孔尺寸,经过本文理论公式指导下提出了最终体型,其试验结果作为理论公式及数值模拟的验证依据。(3)对掺气坎下游空腔区流场分别采用不同多相流模型以及紊流模型进行了三维水气二相流数值模拟。首次将CFD-PBM耦合模型引入水利工程。经过模型验证及筛选,CFD-PBM耦合模型与其他传统的多相流模型相比表现良好,其对于掺气坎后的空腔型态及回水型态模拟效果极佳。此外,它能准确模拟气泡聚并和破碎的重组和演化过程。在气泡发展运动过程中破碎占据主要过程。空腔回水旋涡处紊动强烈气泡尺寸更小,掺气浓度更高。揭示了空腔区下游小气泡贴壁运动而大气泡沿水流上浮的掺气规律,为掺气减蚀机理的基础研究提供了有力支撑。

关键词：掺气坎空腔回水数值模拟理论公式模型试验

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低Fr 数溢洪洞掺气设施的优化分析

云南水力发电 2022年第2期38卷 82-87页

作者：郭港归黄锋李国栋西安理工大学陕西西安710048

小底坡低弗劳德数泄洪洞空腔回水问题较为严重,某水电站溢洪洞存在类似问题。对该电站2号溢洪洞进行三维数值模拟分析,原方案1号掺气坎处存在大尺度积水层,堵塞通气孔而无法掺气。缓底坡下空腔回水受水舌冲击角、弗劳德数的影响较大,针... 详细信息

小底坡低弗劳德数泄洪洞空腔回水问题较为严重,某水电站溢洪洞存在类似问题。对该电站2号溢洪洞进行三维数值模拟分析,原方案1号掺气坎处存在大尺度积水层,堵塞通气孔而无法掺气。缓底坡下空腔回水受水舌冲击角、弗劳德数的影响较大,针对以上两类影响因素对该工程进行掺气坎体型优化。对优化方案进行模拟得出各水力要素,并与试验结果进行对比,验证掺气坎体型基本合理。

关键词：空腔回水数值模拟水舌冲击角 VOF模型