低弗氏摻氣水流的阻力效應(yīng)研究.pdf

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1、第35卷第1期華北水利水電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)Vo1．35No．12014年2月JournalofNorthChinaUniversityofWaterResourcesandElectricPower(NaturalScienceEdition)Feb．2014DOI：10．3969／j．issn．1002—5634．2014．O1．003低弗氏摻氣水流的阻力效應(yīng)研究王二平，田軍林，朱瑞平(華北水利水電大學(xué)，河南鄭州450045)摘要：根據(jù)某水電站尾水洞模型試驗(yàn)觀測(cè)到的水流現(xiàn)象與實(shí)測(cè)資料，分析了低弗氏水流在強(qiáng)迫摻氣情況下，摻氣濃度

2、大小對(duì)水流沿程水面線、斷面流速分布及沿程總水頭線等水力要素的影響．分析表明：低弗氏水流摻氣后存在減阻增速效應(yīng)；水流摻氣后其密度及黏性降低是產(chǎn)生減阻增速效應(yīng)的主要原因，增加水流的摻氣濃度，可相應(yīng)提高減阻增速效應(yīng)，減少能量損失．關(guān)鍵詞：低弗氏水流；強(qiáng)迫摻氣；減阻增速；兩相流中圖分類號(hào)：TV135文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1002—5634(2014)01—0011—06對(duì)于水流摻氣現(xiàn)象及摻氣水流的基本特性，前道．尾水支洞為矩形斷面，寬、高均為5．7m，長(zhǎng)人做了大量的研究并取得一系列研究成果．對(duì)摻氣62．0nl，底板高程602．6m．尾水主洞

3、為馬蹄形斷水流最早進(jìn)行原型觀測(cè)的是美國(guó)人霍爾，最早在室面，洞徑11m，洞長(zhǎng)4931"13，縱坡i=0．0013．由于機(jī)內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)的是奧地利人依倫伯格?．我國(guó)林秉南組安裝高程與下游河道尾水位的高差不大，為了保和吳持恭等于20世紀(jì)50年代對(duì)摻氣水流進(jìn)行了觀證電站出力，設(shè)計(jì)上要求機(jī)組安裝高程到機(jī)坑水面測(cè)研究-z。．前人對(duì)摻氣水流的研究成果主要是針的凈空高度不小于3．2m．當(dāng)下游河道汛期出現(xiàn)高對(duì)高速水流的自摻氣與強(qiáng)迫摻氣．由于摻氣水流的水位，凈空高度不滿足要求時(shí)，對(duì)機(jī)坑水面施加高壓復(fù)雜性，目前對(duì)于其阻力效應(yīng)的研究仍存在兩種不氣體使之下落以增加

4、凈空高度，保證機(jī)組正常發(fā)電．同的觀點(diǎn)：一種認(rèn)為摻氣能減少阻力，降低水流能為此，在各尾水支洞末端洞頂設(shè)一擋氣鼻坎，以保證耗；另一種認(rèn)為摻氣增加紊動(dòng)阻力，加大水流壓氣運(yùn)行封閉條件．為了檢驗(yàn)當(dāng)下游河道通過(guò)不同能耗．流量(尾水洞對(duì)應(yīng)于不同的尾水位)時(shí)機(jī)坑及尾水由于低弗氏水流強(qiáng)迫摻氣的場(chǎng)合相對(duì)較少，對(duì)洞內(nèi)凈空高度是否滿足允許值，同時(shí)提供機(jī)坑達(dá)到于其流動(dòng)特性與阻力特性尚鮮有研究．筆者在某典壓氣運(yùn)行條件時(shí)下游河道通過(guò)的流量值，需要進(jìn)行型水電站尾水洞的水力學(xué)模型試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了摻人大模型試驗(yàn)．量氣體的低弗氏水流存在減阻增速效應(yīng)，因而選擇1．2模型布置兩個(gè)

5、摻氣濃度不同但其他條件相同的尾水洞作為研沖擊式水輪機(jī)泄流呈噴射狀進(jìn)入機(jī)坑并大量摻究對(duì)象，采用對(duì)比試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的方法對(duì)氣，但由于其出流條件極其復(fù)雜，加之模型試驗(yàn)存在此進(jìn)行研究．縮尺效應(yīng)，難以做到完全相似．為了量化分析水流摻氣量不同可能對(duì)尾水洞過(guò)流能力產(chǎn)生的影響，項(xiàng)目1尾水洞概況與水力學(xué)模型布置組對(duì)水輪機(jī)泄流按兩種方式進(jìn)行概化模擬：水流經(jīng)1．1尾水洞工程概況壓力水箱，通過(guò)模擬水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的導(dǎo)葉噴射出流某典型水電站安裝8臺(tái)沖擊式水輪機(jī)組，總裝(水流摻氣量相對(duì)較大)；不設(shè)導(dǎo)葉，水流通過(guò)壓力機(jī)容量1500MW，機(jī)組安裝高程為611．1In

6、．水輪水箱底部泄流孔口自由泄流(水流摻氣量相對(duì)較機(jī)泄流由8條尾水支洞匯入尾水主洞后泄入下游河小)．通過(guò)該兩種出流方式(尾水洞進(jìn)流方式)的對(duì)收稿日期：2013—12—10作者簡(jiǎn)介：5E~-平(1960一)，男，河南鄭州人，教授，主要從事水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)方面的研究l2華北水利水電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)比試驗(yàn)，分析水流摻氣量大小與其阻力效應(yīng)的關(guān)系．問(wèn)題的需要，將單體尾水支洞長(zhǎng)度延長(zhǎng)15m，并在整個(gè)尾水洞工程的模型試驗(yàn)分兩步進(jìn)行：先進(jìn)其末端設(shè)置溢流堰進(jìn)行尾水位控制；沿程布設(shè)了6行單條支洞(不含主洞)模型的預(yù)備試驗(yàn)，重點(diǎn)研究個(gè)水位觀測(cè)斷面，通

7、過(guò)測(cè)壓管量測(cè)水位；模型流量采不同進(jìn)流方式對(duì)尾水支洞過(guò)流能力的影響，并用以用電磁流量計(jì)控制，流速使用聲學(xué)多普勒流速儀指導(dǎo)整體模型各支洞機(jī)坑進(jìn)口模型的制作；再進(jìn)行(ADCP)量測(cè)，水體的摻氣濃度采用CQY一Ⅲ針式整體模型試驗(yàn)，研究諸項(xiàng)任務(wù)．摻氣儀量測(cè)．尾水洞模型布置及其進(jìn)流方式模擬如為降低縮尺效應(yīng)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，制作尺度圖1—2所示．相對(duì)較大的模型，幾何比尺取為1：20．根據(jù)研究圖1尾水洞模型布置圖(單位：llt1)導(dǎo)葉圖2尾水洞兩種不同進(jìn)流方式模擬圖(單位：m)減少，水面波動(dòng)減弱；至0+035斷面附近摻氣現(xiàn)象2試驗(yàn)結(jié)果及分析基本消失，

8、水流漸趨穩(wěn)定．同時(shí)泄流摻氣量大小還與根據(jù)機(jī)組滿負(fù)荷發(fā)電流量34．8m／s，模型流量機(jī)坑水位有關(guān)，當(dāng)尾水位抬高，機(jī)坑水位上升時(shí)，水為0．0195m／s，先后按照機(jī)坑進(jìn)口有導(dǎo)葉與無(wú)導(dǎo)流摻氣量有所減少．水流中氣泡消失的位置隨下