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灯泡贯流式水轮机增减负荷动态特性分析

农业工程学报 2024年第5期40卷 99-108,F0003页

作者：赵亚萍赵晨秦笛舸郑小波郭鹏程西安理工大学水利水电学院西安710048 西电智慧能源科技有限责任公司西安710075

水轮机频繁经历变负荷工况转换过程,使得机组在较短时间内工作参数急剧变化,严重影响电站稳定运行。该研究以某贯流式水轮机为研究对象,在考虑自由液面和水体重力的情况下,采用动网格技术对贯流式水轮机相同出力范围下的减、增负荷过渡... 详细信息

水轮机频繁经历变负荷工况转换过程,使得机组在较短时间内工作参数急剧变化,严重影响电站稳定运行。该研究以某贯流式水轮机为研究对象,在考虑自由液面和水体重力的情况下,采用动网格技术对贯流式水轮机相同出力范围下的减、增负荷过渡过程的动态特性进行分析。研究结果表明:由于增负荷和减负荷过渡过程的起始工况导致起始流动状态不同,因此在相同出力时,机组内的流动分布不同,减负荷过程尾水管内的涡流面积及强度明显小于增负荷工况,且尾水管涡带尺度也明显小于增负荷过程;相比于增负荷过程,减负荷过程中转轮叶片大范围的低压区极易引发空化;机组内的水压力脉动主要以尾水管涡带引起的0.1f_n(f_n为转频)低频压力脉动和转轮的旋转引起3f_n的高频压力脉动为主,增负荷过程的压力脉动幅值明显大于减负荷过程,两种压力脉动共同作用,使得贯流式水轮机主要振动区域集中于转轮。研究结果对贯流式水轮机的设计与运行具有一定的指导意义。

关键词：数值模拟振动压力脉动增减负荷过渡过程涡带水轮机

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阀板尾迹对离心泵性能的影响

农业工程学报 2024年第2期40卷 217-227页

作者：刘博星卢金玲冯建军王维朱国俊戈振国杨沁源西安理工大学水利水电学院西安710048 西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048 陕西省渭河生态区保护中心西安710004

离心泵进水管路通常布置阀门供检修时切断水流,这会导致离心泵入流畸变。该研究旨在分析泵前检修阀所诱发的非定常尾迹特征及其对大流量工况离心泵运行特性的影响机理。试验对比了均匀来流和畸变来流条件下离心泵的外特性,数值模拟研究... 详细信息

离心泵进水管路通常布置阀门供检修时切断水流,这会导致离心泵入流畸变。该研究旨在分析泵前检修阀所诱发的非定常尾迹特征及其对大流量工况离心泵运行特性的影响机理。试验对比了均匀来流和畸变来流条件下离心泵的外特性,数值模拟研究了阀板尾迹涡的流动特征及其对离心泵非稳态内流场的影响,分析了阀板尾迹涡诱发的叶轮径向力。结果表明:两种来流条件下数值模拟与试验得到的离心泵外特性误差在5%以内;对离心泵性能产生主要影响的尾迹涡主要来自阀门阀板一侧的边界层分离与卷吸,入流畸变导致大流量工况下离心泵效率相较于均匀入流下降9.15%,扬程降低1.2 m;阀板尾迹在离心泵入口产生1.9倍转频的脉动频率;尾迹涡的周期性入流导致两个叶片前缘的最大相对液流角由30°分别增大至43°和39°,这两个叶片的压力面脱流加剧,产生逐渐向下游耗散的失速团,叶片承受2倍转频的非稳态激振力;尾迹涡的周期性吸入导致叶轮上的时均径向力增大至均匀入流的4.5倍左右,最大径向力达到均匀入流的7倍左右,径向力矢量发生偏移,离心泵断轴风险加剧。研究结果可为工业现场中离心泵运行稳定性的改善提供理论依据。

关键词：离心泵涡流非定常流动入流畸变径向力

泥沙浓度对水力机械材料磨损及磨蚀特性的影响

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水力发电学报 2024年第7期43卷 51-60页

作者：杨俊峰孙淑贞孙帅辉宋国华任最有陕西省东庄水利枢纽工程建设有限责任公司西安713200 西安理工大学水利水电学院西安710048

多泥沙河流上运行的水力机械受到泥沙磨蚀而导致过流部件变形、破坏,严重威胁机组安全运行。本研究对水力机械常用材料开展了旋转喷射磨蚀试验,采用失重法和微观形貌分析法研究了泥沙浓度对材料磨损及磨蚀特性的影响。结果表明:材料受... 详细信息

多泥沙河流上运行的水力机械受到泥沙磨蚀而导致过流部件变形、破坏,严重威胁机组安全运行。本研究对水力机械常用材料开展了旋转喷射磨蚀试验,采用失重法和微观形貌分析法研究了泥沙浓度对材料磨损及磨蚀特性的影响。结果表明:材料受到冲击磨损和磨蚀的累积失重量均随泥沙浓度变化呈近线性增长;当泥沙浓度小于60 kg/m^(3)时,3种材料累积失重量随泥沙浓度增长较缓;当泥沙浓度大于60 kg/m^(3)时,材料失重量增长较快。随着泥沙浓度的增大,冲击磨蚀对材料造成更严重的破坏,但空蚀损伤呈减弱趋势,材料表面硬度越高,抗空蚀性能越好,磨损和磨蚀失重量相等的临界泥沙浓度越低。空蚀作用会影响沙粒撞击材料表面的角度,导致颗粒水平冲击载荷更大,磨痕呈现切削唇边和堆积,在更高泥沙浓度下沙粒切削破坏占据主导作用。

关键词：泥沙磨损磨蚀水力机械材料旋转喷射装置

基于时空聚类和深度学习的混凝土坝变形异常值识别方法

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水利水电科技进展 2024年第4期44卷 65-71页

作者：宋锦焘葛佳豪杨杰徐笑颜陈家敏孟庆耀西安理工大学水利水电学院陕西西安710048 西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048

针对传统大坝异常值识别方法多依靠单测点模型,未充分考虑测点间变形的时空关联特性,易造成异常值误诊断的问题,提出了基于时空聚类和深度学习的混凝土坝变形异常值识别方法。该方法利用测点间变形的时空关联特性对混凝土坝测点变形数... 详细信息

针对传统大坝异常值识别方法多依靠单测点模型,未充分考虑测点间变形的时空关联特性,易造成异常值误诊断的问题,提出了基于时空聚类和深度学习的混凝土坝变形异常值识别方法。该方法利用测点间变形的时空关联特性对混凝土坝测点变形数据进行时空聚类分区,基于新型蜜獾优化算法(HBA)与双向长短时记忆(BiLSTM)神经网络构建HBA-BiLSTM变形预测模型,根据模型输出的变形值以及异常值判别指标识别混凝土坝变形异常值。实例验证结果表明,该方法比传统异常值识别方法准确率更高。

关键词：混凝土坝变形异常值识别监控模型时空聚类

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基于GRA-GPR的滚石运动特征参数敏感性分析及预测模型

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自然灾害学报 2024年第1期33卷 119-128页

作者：赵天豪马春辉杨杰程琳西安理工大学水利水电学院陕西西安710048 西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048

针对滚石运动特征参数间关系模糊等问题,在开展其敏感性分析的基础上,构建准确、快捷的滚石运动特征参数预测系统。首先引入灰色关联法(grey relation analysis,GRA),以水平运动距离、弹跳高度和碰撞能量等滚石运动特征为目标参数,研究... 详细信息

针对滚石运动特征参数间关系模糊等问题,在开展其敏感性分析的基础上,构建准确、快捷的滚石运动特征参数预测系统。首先引入灰色关联法(grey relation analysis,GRA),以水平运动距离、弹跳高度和碰撞能量等滚石运动特征为目标参数,研究了初始速度、边坡摩擦角、滚石质量、法向恢复系数和切向恢复系数等滚石运动影响因素的敏感性和显著性。随后,使用高斯过程回归模型,建立水平运动距离、弹跳高度和碰撞能量等滚石运动特征参数的预测模型,避免了传统的滚石运动数值模拟软件繁琐的建模计算过程。研究表明,高斯过程回归(Gaussian process regression,GPR)模型对滚石的水平距离和总动能的预测精度最高。因此,文中所构建的滚石运动特征参数敏感性分析及预测模型能够快速得出滚石运动特征参数,对支挡结构的设计和施工有重要的参考价值。

关键词：边坡滚石敏感性分析灰色关联模型预测滚石特征参数

基于RUN-XGBoost算法的土石坝渗流预测模型

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水利水电科技进展 2024年第2期44卷 72-78页

作者：马春辉侯媛媛杨杰袁帅徐笑颜西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048 西安理工大学水利水电学院陕西西安710048

针对传统土石坝渗流预测模型存在局部最优、抗干扰性差和预测精度低等问题,通过RUN算法优化XGBoost算法得到RUN-XGBoost算法,构建了RUN-XGBoost模型以获得更优的土石坝渗流预测结果。该模型在种群初始化时采用RUN算法对XGBoost算法的3... 详细信息

针对传统土石坝渗流预测模型存在局部最优、抗干扰性差和预测精度低等问题,通过RUN算法优化XGBoost算法得到RUN-XGBoost算法,构建了RUN-XGBoost模型以获得更优的土石坝渗流预测结果。该模型在种群初始化时采用RUN算法对XGBoost算法的3个主要参数进行改进,使预测结果有较高的有效性;通过自动寻找最优参数增进算法的整体收敛速度和预测精度,同时引入随机解,使算法能够排除局部最小值并继续搜索,从而获得全局最优结果。工程实例验证结果表明,RUN-XGBoost模型具有简洁、高效、预测精度高、鲁棒性强等优点。

关键词：土石坝渗流监测 RUN-XGBoost算法预测模型

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水泵水轮机S特性区能量损失及流动特性研究

水利学报 2024年第3期55卷 344-354,366页

作者：王李科姚亮冯建军朱国俊卢金玲阮辉西安理工大学省部共建西北旱区生态水利工程国家重点实验室陕西西安710048 西安理工大学水利水电学院陕西西安710048 西安航空学院液压技术研究院陕西西安710077

为了调节电网的稳定性,抽水蓄能电站需要频繁启停和变换工况运行,导致水泵水轮机容易进入S特性区,机组振动增加,并网失败。本文以模型水泵水轮机为研究对象,采用熵产理论详细分析了S特性区不同工况下的能量损失规律,明确了熵产率分布与... 详细信息

为了调节电网的稳定性,抽水蓄能电站需要频繁启停和变换工况运行,导致水泵水轮机容易进入S特性区,机组振动增加,并网失败。本文以模型水泵水轮机为研究对象,采用熵产理论详细分析了S特性区不同工况下的能量损失规律,明确了熵产率分布与内部流动结构的关系。结果表明:S特性区内近飞逸工况总熵产最大,约为设计工况的5.1倍,脉动熵产占据的比例接近80%,随着流量的减小,转轮熵产占比逐渐降低,活动导叶和尾水管的熵产占比增加。小流量工况转轮进口靠近下环位置首先出现了明显的漩涡,导致了活动导叶出口和转轮进口的高熵产区,随着流量进一步减小,漩涡逐渐向上冠转移,并且切向速度增大,在转轮进口形成挡水环,阻碍水流进入转轮,在无叶区内出现了环状分布的高熵产区。反水泵工况,水流在低压边与逆时针旋转的叶片撞击,导致水流很难进入叶片内部,形成了大尺度的回流涡结构;双列叶栅内充满大量涡结构,导致活动导叶吸力面的熵产率增大,并且向固定导叶传播。

关键词：水泵水轮机 S特性熵产理论回流涡

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双膜量子点表面热流密度场测量技术

化工进展 2024年第2期43卷 872-881页

作者：王一笑张丹涂茂萍周文博赵冰超西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049 华北水利水电大学能源与动力工程学院河南郑州450045

现有热流密度场测量技术主要局限在分辨率低、瞬态响应慢、成本高等方面。为解决这一问题,本文提出了一种测量热流密度场的新技术。量子点是一种纳米级的光致发光半导体材料,其光致荧光光谱强度随温度的变化呈现线性变化趋势。基于该效... 详细信息

现有热流密度场测量技术主要局限在分辨率低、瞬态响应慢、成本高等方面。为解决这一问题,本文提出了一种测量热流密度场的新技术。量子点是一种纳米级的光致发光半导体材料,其光致荧光光谱强度随温度的变化呈现线性变化趋势。基于该效应,设计并制作了双膜量子点试片,搭建了量子点热流密度场测量实验系统,开展了标定与测量实验。结果表明:在本研究实验范围内,量子点膜的平均光致荧光强度随温度的升高呈现线性下降趋势;测得在本研究实验条件下10s内纯水液滴受热蒸发过程中底层平均热流密度约为3.4×10^(4)W/m^(2),测量不确定度为0.14;本研究测量方法的空间分辨率可达30μm级,响应时间为秒级,实现了对表面热流密度场的高分辨率、低延迟测量。基于分辨率高、延迟低的优势,本研究可以有效应用于旋转叶片、高速飞行器、微纳米元件等传统测量方法难以开展的测试环境。

关键词：量子点纳米材料热流密度测量不确定度分辨率瞬态响应

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复杂条件下高面板堆石坝的特殊结构体安全监测设计体系研究

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水利学报 2024年第7期55卷 848-861,873页

作者：马春辉陆希贾冬焱周恒张群杨杰西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048 西安理工大学水利水电学院陕西西安710048 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司陕西西安710065

为了加强高面板堆石坝工程中挤压边墙、高趾墩和高趾墙等特殊结构体的安全监测,基于面板堆石坝安全监测设计资料,总结了特殊结构体在安全监测设计方面存在的不足和缺陷。通过收集整理国内包含高趾墩、高趾墙和挤压边墙等特殊结构体的高... 详细信息

为了加强高面板堆石坝工程中挤压边墙、高趾墩和高趾墙等特殊结构体的安全监测,基于面板堆石坝安全监测设计资料,总结了特殊结构体在安全监测设计方面存在的不足和缺陷。通过收集整理国内包含高趾墩、高趾墙和挤压边墙等特殊结构体的高面板堆石坝数值分析成果,发掘特殊结构体的变形和应力应变规律,将特殊结构体的变形、应力应变及温度、接缝和渗流明确为安全监测设计重点;结合已有面板堆石坝工程的安全监测设计资料,构建了复杂条件下高面板堆石坝特殊结构体安全监测设计体系。该体系能够为在建和拟建的面板堆石坝特殊结构体安全监测设计提供科学的指导,全面提升面板堆石坝的安全监测水平。

关键词：高趾墩高趾墙挤压边墙监测设计体系