河道中的双向水流侧式进出水口淹没深度研究

河道中的双向水流侧式进／出水口淹没深度研究 蔡付林姜海朱粤东周建旭 (河海大学) 摘要：通过水工模型试验，研究了利用河道作为水库的抽水蓄能电站侧式进，出水口的淹没深度。根据试验中出现 有害吸气旋涡时的条件，反推戈登公式中系数c及Pennino公式中的弗汝德数n与戈登和Pennino提出的 进水口临界淹没计算公式进行比较，结果表明：采用闸孔断面参数利用戈登公式计算的河道中的抽水蓄能 电站侧式进，出水口临界淹没深度偏大；以进，出水口拦污栅断面顶部的淹没深度和该断面平均流速．及不对 称进流时的系数c值用戈登公式计算临界淹没深度，与试验结果吻合良好；Pcnnino公式预测的淹没深度 与试验结果有很好的一致性。 关键词：吸气旋涡侧式进／出水口临界淹没深度 1前言 抽水蓄能电站双向水流进／出水口临界淹没深度是指一定流量下，进／出水口必须具有的最小淹 没深度，该深度可以保证在进水口压力管道中不出现负压，避免进水口前出现串通的吸气旋涡。进 水口的旋涡有两种：立轴旋涡及横轴旋涡，立轴旋涡更容易造成进气。当淹没水深度小于此『临界淹 没深度时，进，出水口附近会产生吸气旋涡，引起下列问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ：一是在封闭的有压输水系统中引起危险 的液压气动问题，以及在压力隧洞内积累的气泡，形成气囊等；二是对水力机械的运行带来影响， 不仅降低其效率，而且导致叶片上具有不平衡的压力分布，引起机组震动。 水电站、抽水蓄能电站进水口前的旋涡按强度可分类如下： (1)不吸气旋涡。程度较弱时呈表面游弋旋涡，无水面凹陷，旋涡的位置和旋转方向都具有很 强的随机性；流量继续加大或淹没深度进一步减小时，旋涡强度增大，转动明显，出现位置比较固 定，水面形成较浅的凹陷，没有吸气现象。 (2)间歇吸气旋涡。进一步加大进水口的流量或减小淹没深度，水面形成一种间歇吸气旋涡， 这类吸气旋涡又可分为两种形态：一种是间歇地吸人大量气泡，仅在水流表面发生强烈的紊动，产 生较强的波浪现象，几乎没有噪音，振动也不剧烈； 另一种是间歇地贯通吸气，这种旋涡能产出强烈的噪 音和振动，并且贯通时导致进水口过流能力的减小。 (3)持续吸气旋涡。这种旋涡自始至终吸人空 气，发出强烈的噪音，诱发建筑物振动，由于吸人大 量的空气，导致过流能力的减小，见图1。在 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 实 际中，此类旋涡的危害最大。本文主要针对河道中的 抽水蓄能电站侧式进，出水口中这种旋涡的发生条件 进行研究。 田1持续吸气旋涡 决定旋涡强度的主要因素有：进水口中流速的大 小，进水口前行进流速分布是否均匀、对称，有无环流，淹没深度的大小，进水口本身的轮廓尺寸 及其附近的地形。进水口的种类繁多，对水平的、垂直向下的和垂直向上的圆管进水口的临界淹没 深度，国内外都有不少研究成果，常规水电站进水口临界淹没深度也有比较成熟的成果可资利用。 例如，1970年戈登(J．L．Gordon)对29个水电站进水口的尺寸、流速和淹没深度等影响旋涡的主要 参数进行回归 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 后，得到不产生吸气旋涡的临界淹没深度＆，公式： l scr=CVd2 式中 卜闸门孔的高度；卜闸门孔处水道流速，参见图2； C__一系数，原文中所建议的C=0．3与c=0．4是英 制，在利用公制做计算时，应进行相应的变 换，如利用国际单位制时，正向引水时取c =O．55。侧向取水时取C=0．73，该公式表现 形式简单，在常规水电站设计中经常被引 用。 ＼ f 一’d ‘ 圈2淹没深度示童田 B．J．Pennino等分析了13个侧式和井式进水13模型实验成果，认为要避免发生吸气旋涡，进水口 的弗汝德数，，应满足下列关系： c2忐以23 ㈩ 式中 毫——进水I：1中心线以上淹没深度； g—一重力加速度； V——迸水口栏污栅处过流断面的平均流速。 抽水蓄能电站与常规水电站相比，具有水库容积小、水位变化幅度大的特点。为了充分利用库 容。其水库的水位变幅常超过十米，甚至几十米，死水位时库容小，进，出水口的淹没深度小，确定 进，出水口的临界淹没深度，是重要的设计内容。 抽水蓄能电站双向水流侧式进，出水口的体形和进流条件与上述进水口有很大的区别，如若把它 用于河道中。其形成旋涡的条件与上述进水口的差别更大，本文通过水工模型试验，研究公式(1) 和公式(2)对这类进，出水口临界淹没深度的适用性。 2试验条件与方法 试验研究了具有4孔流道的侧式进／出水口在 河道中两种布置方式下的临界淹没深度：一种是迸 ，出水口位于河道中，如图3所示，简称 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 一；另 一种布置方式是进／出水口布置在岸边，其前池出 口与河岸齐平，简称方案二。 在拦樗栅断面处，进，出水口每孔的净宽度为 O．125m，分流墩厚度为0．035m，图4给出了进，出水 口主要立面尺寸，其中拦污栅断面的净高度为 0．263m，闸门室高度为0．175m。 试验过程中，进／出水口的流量Q由图4所示模 型下弯段下游水平管道上的孔板流量计测量。试验 之前用 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 薄壁三角堰对孔板流量计进行了标定。 通过调整模型河道中的水位来控制进，出水口的淹 没深度，然后改变进，出水口的流量，直至出现吸 气旋涡。根据此时的河道水位得到进，出水口顶部 图3进，出水口整体布置图 的淹没深度s。I、闸孔顶部的淹没深度&，2，以及进 1t14射出水口剖视图 ，出水I：I中心线的淹没深度《，，然后由进，出水口的进水流量Q，靠近拦污栅断面的过流面积以及闸 孔面积分别计算出拦污栅断面平均流速h，闸孔断面平均流速％。将拦污栅断面平均流速H，该断 41 面流道的净高度及其顶部的淹没深度站l代人式(1)，反算得出的戈登公式系数记为c1；将闸孔断 面的平均流速n，闸孔高度和闸孔顶部的淹没深度5知代人式(1)，反算出此断面的戈登公式系数， 记为c2；Pennino公式中的弗汝德数E由进，出水口拦污栅断面平均流速yl和进／出水口中心线的淹没 深度岛根据公式(2)计算。 ” 为了观察河道中的水流速度Vr对临界淹没深度的影响，在不同的河道水流速度下，分别对方案 一和方案二的临界淹没深度进行了试验。 3试验结果 表1为河道流速为0．12m／s和0．14m／s时，对方案一进行临界淹没深度试验室得到的拦污栅处流道 的戈登系数a、闸孔处的戈登公式系数c2和拦污栅处的弗汝德数B。试验时进，出水口拦污栅顶部淹 没深度的变化范围为0．095m～0．136m，流量的变化范围为37．620L／s一45．909I．／s。试验表明，由拦污 栅断面的平均流速、进／出水口净高度和该过流断面顶部的淹没深度计算的戈登公式系数c-的平均值 为0．665，与原公式中不对称进流时取值0．73比较接近；而由闸孔断面参数计算的戈登公式系数c2的 平均值O．344，比戈登公式对应于对称进流时的系数0．55还小。换言之，即使按戈登公式对称进流条 件计算图4所示侧式进，出水口闸门顶部的淹没深度，结果也是偏保守的．如果考虑河道水流方向与进 ，出水12I接近900的夹角，而采用非对称进流条件下的戈登公式计算闸门顶部的淹没深度，裕度则太 大。由拦污栅断面的进口平均流速和进／出水口中心淹没深度计算的弗汝德系数与Pennino的模型试 验结果很接近。 袭1 不同河道流速时方案一的戈登系数c和弗汝德数E W Scn S盯2 S’。 Q×10-3 H n (m／s) (m) (m) (脚 (m3／s) (m／s) (m／s) c1 c2 耳 0．136 O．224 0．267 45377 0．346 l，482 0767 0360 0．214 0．114 0．202 O．245 45．909 0．350 1．500 0．636 n321 0．226 0．12 0．10l 0．189 0．232 42．593 0．325 1．392 0607n324 0．215 0．095 0．183 0．226 37．620 0．287 1．229 06470．355 0．192 014 0．099 0．187 0230 379540289 1．240 0668 O360 0．192 表2 不同河道流速时方案二的戈登系数C和弗汝德数E ” ＆1 s02 scr Q×1矿 H n ， (m／s) (m) (m) (m) (m3／s) (m／s) (m／s) cl G E 0．102 0．181 O．229 31．465 0266 1．028 0．763 0，420 0．177 0．089 0．168 0．216 327270．277 l-(}69 06410．375 0．190 0．75 O．102 O．181 O259 41．364 0350 1．352 0．579 03200．219 O．110 0．189 0．237 37．527 0．317 1．226 0690n3680．208 0．88 0．081 O．160 0．208 29809 0．252 0．974 06400．392 0．176 1．09 0077 0．156 020432856 0．278 1．074 0．552 0．347 O．196 表2给出方案二的c1范围在0．552—0．763之间，平均值为0．644；C2范围在0．347—0．420之间，平 均值为0．370；，流围在0．176—0．219之间，平均值为0．194。这些数据同样说明，对于布置在河岸的 抽水蓄能电站侧式进／出水口，利用拦污栅断面参数用戈登公式计算其临界淹没深度也同样是可行 的，且具有一定的安全裕度；而由Pennino／A式计算临界淹没深度，也基本满足不产生吸气旋涡的要 求。 考虑到本模型试验是在接近产生连续吸气旋涡条件下进行的，上述结果表明，利用拦污栅断面 的参数，由戈登公式或Pennino公式来计算河道中的侧式进／出水口的临界淹没深度是可行的。 4结论 河道中侧式进I出水口临界淹没深度水工模型试验表明，采用闸孔断面参数利用戈登公式计算的 这类进，出水口的临界淹没深度偏大。如果以这类进，出水口的拦污栅断面顶部淹没深度和该断面平 均流速，以不对称进流时的系数c取值用戈登公式计算的临界淹没深度，与试验结果吻合良好。根 据拦污栅断面的参数和进，出水口中心淹没水深，由Pennino公式来计算侧式进出水口的临界淹没深 度是可行的。 43