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(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觀測到的水流現(xiàn)象與實測資料，分析了低弗氏水流在強迫摻氣情況下，摻氣濃度

2、大小對水流沿程水面線、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；強迫摻氣；減阻增速；兩相流中圖分類號：TV135文獻標識碼：A文章編號：1002—5634(2014)01—0011—06對于水流摻氣現(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，長人做了大量的研究并取得一系列研究成果．對摻氣62．0nl，底板高程602．6m．尾水主洞

3、為馬蹄形斷水流最早進行原型觀測的是美國人霍爾，最早在室面，洞徑11m，洞長4931"13，縱坡i=0．0013．由于機內(nèi)進行試驗的是奧地利人依倫伯格?．我國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50年代對摻氣水流進行了觀證電站出力，設(shè)計上要求機組安裝高程到機坑水面測研究-z。．前人對摻氣水流的研究成果主要是針的凈空高度不小于3．2m．當下游河道汛期出現(xiàn)高對高速水流的自摻氣與強迫摻氣．由于摻氣水流的水位，凈空高度不滿足要求時，對機坑水面施加高壓復(fù)雜性，目前對于其阻力效應(yīng)的研究仍存在兩種不氣體使之下落以增加

4、凈空高度，保證機組正常發(fā)電．同的觀點：一種認為摻氣能減少阻力，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；另一種認為摻氣增加紊動阻力，加大水流壓氣運行封閉條件．為了檢驗當下游河道通過不同能耗．流量(尾水洞對應(yīng)于不同的尾水位)時機坑及尾水由于低弗氏水流強迫摻氣的場合相對較少，對洞內(nèi)凈空高度是否滿足允許值，同時提供機坑達到于其流動特性與阻力特性尚鮮有研究．筆者在某典壓氣運行條件時下游河道通過的流量值，需要進行型水電站尾水洞的水力學(xué)模型試驗中發(fā)現(xiàn)了摻人大模型試驗．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

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泄流呈噴射狀進入機坑并大量摻究對象，采用對比試驗和理論分析相結(jié)合的方法對氣，但由于其出流條件極其復(fù)雜，加之模型試驗存在此進行研究．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尾水洞過流能力產(chǎn)生的影響，項目1尾水洞概況與水力學(xué)模型布置組對水輪機泄流按兩種方式進行概化模擬：水流經(jīng)1．1尾水洞工程概況壓力水箱，通過模擬水輪機轉(zhuǎn)輪的導(dǎo)葉噴射出流某典型水電站安裝8臺沖擊式水輪機組，總裝(水流摻氣量相對較大)；不設(shè)導(dǎo)葉，水流通過壓力機容量1500MW，機組安裝高程為611．1In

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

7、過測壓管量測水位；模型流量采不同進流方式對尾水支洞過流能力的影響，并用以用電磁流量計控制，流速使用聲學(xué)多普勒流速儀指導(dǎo)整體模型各支洞機坑進口模型的制作；再進行(ADCP)量測，水體的摻氣濃度采用CQY一Ⅲ針式整體模型試驗，研究諸項任務(wù)．摻氣儀量測．尾水洞模型布置及其進流方式模擬如為降低縮尺效應(yīng)對試驗結(jié)果的影響，制作尺度圖1—2所示．相對較大的模型，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尾水洞兩種不同進流方式模擬圖(單位：m)減少，水面波動減弱；至0+035斷面附近摻氣現(xiàn)象2試驗結(jié)果及分析基本消失，

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