泄水建筑物水流脉动压力分析实例

本文对水流脉动压力随机过程作了基本假定，以此探讨了脉压随机数据处理方法及电算程序。文中主要结合我院国内外一些工程的研究成果，分析了陆槽、排水井、隧道等各种泄水道及不同类型消力池底板的水流脉动压力特性与分布规律；特别是对比了高速泄槽设掺气坎前、后脉动压力特性的变化。     

水流脉动压力研究进展综述

研究了模型律，点面脉动压力相关关系，水跃脉动压力对消力池底板上的作用力，提供了不同池水建筑物部位脉动压力强度系数，解决了一些工程的实际问题。     

基于小波分析与人工神经网络的水流压力脉动分析

摘　要: 针对水轮机尾水管压力脉动信号的非平稳和时变特性，提出了一种基于小波分析和自组织人工神经网络相结合的尾水管压力脉动信号的分析方法。这种方法以水轮机尾水管压力脉动信号作为分析对象，首先应用小波阈值法对信号进行降噪减少干扰，然后将小波分解系数重构得到不同频带的信号分量，并提取显著的不同频带能量，最后将各频带能量作为特征向量，用自组织人工神经网络进行模式识别，得到了尾水管压力脉动的不同模式。进行对比分析表明，这种分析方法是有效的，能够用于对水轮机尾水管中的压力脉动状态进行有效地识别。     

水跃区水流脉动压力相似律的试验研究

本文通过孔口出流平底二元自由水跃5个相对比尺的132组模型试验,获得了水跃区内底板上跃首佛氏数从2.94～8.61,雷诺数从2×10~4～6×10~5的水流脉动压力资料。对不同比尺的试验结果进行对比分析,推导了水流脉动压力的幅值和频率比尺。得到的结果是脉动压力的幅值比尺为模型长度比尺,即P_T~′=L(?)符合重力相似律。脉动压力的频率比尺为1,即f_T=1不符合重力相似律。     

水流压力脉动的特性及模型相似律

本文论述了某溢流坝原型和系列模型水流压力脉动的研究成果,内容包括急流边界与强紊流区压力脉动的强度、幅值的概率分布、最大值的估计、滤波对强度值的影响,以及压力脉动的频率特性等。文中对水流压力脉动的模型相似律进行深入研究,对急流边界压力脉动的空间相关尺度进行探讨。     

水轮机压力脉动诱发厂房振动分析

对于巨型水轮机压力脉动诱发的厂房结构振动，研究了模型水轮机压力脉动的时域和频率特征以及原型与模型问的相似关系；利用动力时程分析法计算了结构在水力激励下的振动反应，分析探讨了压力脉动不同分布特性对振动强度的影响，进行了压力脉动幅值的敏感性分析；最后，借鉴国内外相关振动规程，对厂房振动加以评价。     

泄洪振动分析中脉动压力的模拟

在泄洪振动分析中关键之一是确定作为激励荷载的水流脉动压力，对于一定泄洪工况下的水流脉动问题，可以作为平稳高斯过程处理，结合脉动功率谱图，按照三角级数模型可以模拟水流脉动压力的过程线，从而实现对结构的泄洪振动分析，本文结合工程实际，采用计算程序模拟脉动压力进行泄洪振动分析，对解决类拟问题有一定的参考价值。     

掺气水流脉动压力作用下板的随机响应

本文采用试验与数值计算相结合的方法研究了掺气水流作用下板的振动问题。在研究中，首先对掺气水流作用下的板进行了线模态识别，确定了流弹系统的模态参数。并根据实测的脉动压力，利用相干尺度的概念在节点上聚合连续随机荷重，然后对板进行了有限元分析，并与实测结果相对比。研究的结果表明:利用相干尺度来分析连续随机荷重的耦合是可行的，同时，掺气水流对于弹性系统的附加质量很小，小于原连续水流附加质量的10％。     

平底水垫塘透水底板下表面脉动压力试验研究

基于模型试验结果,研究了平底水垫塘透水底板下表面的脉动压力特性,分析了不透水底板及透水底板不同开孔率情况下的下表面脉动压力的分布规律、概率特性以及互相关特性和频谱特性。分析结果表明：在水舌冲击区,脉动压强系数随着开孔率的增大而增大;互相关系数随着开孔率的增加而略有减小,其旋涡保持性有所降低;透水底板较不透水底板下表面的脉动能量更加集中于低频。     

白山水电站水垫塘底板块脉动上举力试验研究

在1:35的白山水电站水垫塘消能布置的整体模型上, 利用测力传感器详细地量测了不同泄流工况下, 水垫塘底部不同位置处底板块上的脉动上举力, 获得了脉动上举力的统计资料, 分析了水垫塘底部不同区底板块的受力特征. 模型计算结果与基于瞬变流理论建立的预报公式计算结果十分吻合. 为水垫塘底板块的设计与防护提供了科学依据.     

水垫塘冲击区掺气浓度对脉动压强作用的试验研究

采用水工模型试验,研究泄流进入水垫塘后在水垫塘底板冲击区内掺气浓度对脉动压强的作用。通过改变掺气量,使水垫塘内水体的掺气浓度发生变化,开展不同的掺气浓度对水垫塘冲击区底板脉动压强影响的研究。结果表明:在保持水垫深度和泄流流量不变的情况下,增加掺气量,水垫塘冲击区同一测点水体掺气浓度值随掺气量的增加而增加。水垫塘冲击区内掺气浓度分布规律为在冲击点处达到最大值,由冲击点向上、下游递减;冲击区底板总动水压强的峰值随掺气量的增加而降低;脉动压强的方差值随掺气量的增加而减小,即脉动变幅减小。脉动压强的概率密度分布为正态分布,分布曲线随掺气量的增加而变陡、变窄,脉动强度系数分布集中,即方差变小,压强峰值减小,脉动强度减小。同一测点脉动压强的频谱分布规律一致,其优势频率集中在低频范围,随掺气量的增加,脉动幅值降低,即脉动压强降低。     

超短型水垫塘底板块上脉动上举力试验研究

基于瞬变流理论模型，本文在1:110的构皮滩工程超短型水垫塘消能布置的整体模型上，利用测力传感器详细地量测了不同泄流工况下，水垫塘底部不同位置处底板块上的脉动上举力，获得了脉动上举力的统计资料，分析了水垫塘底部不同区底板块的受力特征，为水垫塘底板块的设计与防护提供了科学依据     

变缝宽异型构造底板脉动压力特性试验

在水利工程中,水垫塘是大坝的重要安全防护设施之一,在高速水流冲击下,水垫塘的安全与稳定关系到大坝能否正常运行。以某消力塘水工模型试验为背景,结合模型试验结果,对比分析了不同缝隙宽度对底板下表面脉动压力特性的影响。研究表明:在水跃稳定区,带键槽底板下表面的脉动压强系数会随着键槽间的缝隙宽度的增大而增大,带键槽底板概率密度分布图的正态性较好;当键槽缝隙宽度增大时,带键槽底板可能产生的最大脉动上举力有所减小;对于相同测点,键槽缝隙宽度越大,下表面缝隙涡旋的平均尺度和脉动压力空间积分尺度都越大;随着键槽缝隙宽度变小,带键槽底板下表面的脉动能量更加集中于低频。     

高含沙水流作用下水垫塘底板上举力特性试验

针对高含沙水流对水垫塘底板上举力特性的影响,通过模型试验,研究了不同含沙量下底板上举力的分布规律、幅值特性和频谱特性。结果表明:含沙水流作用下的上举力沿程分布规律与清水时相同;各流速下上举力时均值均随含沙量的增大而增大,且基本呈线性函数关系,斜率在0.17～0.22之间;上举力标准差随含沙量的增大先增大后减小,在含沙量为183 kg/m~3时出现峰值;上举力的脉动在0～3 Hz的低频范围内,与清水相比,水流含沙后功率谱的频带宽度增加,高频域内的功率谱密度值有所增加;水流的时间积分尺度随着含沙量的增大呈先增大后减小的趋势。     

溢流孔分流齿坎对水舌形状及水垫塘底板冲击压力的影响

为了研究分流齿坎对水舌形状和水垫塘底板冲击压力的影响,在七表孔八深孔的泄洪拱坝模型试验中,对采用大差动带分流齿的溢流表孔的水舌形状和水垫塘底板冲击压力进行对比性试验。测量了单孔泄洪时齿坎对水舌形状和落水区域的影响,并研究了表孔和深孔联合泄洪时不同分流齿坎设置方案对水舌空中碰撞效果及水垫塘底板承受的冲击压力的影响,推荐了合理的齿坎布置方式。试验结果表明,采用中间表孔设置齿坎和边侧表孔不设置齿坎的整体布置形式,可以提高碰撞消能效果,减小水垫塘底板承受的最大冲击压力。     

有压输沙管道脉动压强特性试验研究

壁面脉动压强是工程上重要的研究对象,脉动强度直接影响泄洪排沙洞、输水隧洞(管道)等建筑物的稳定性和运行安全。为研究不同含沙浓度对壁面脉动压强特性的影响,以黄河细沙(d50=107μm)为研究对象,在直径80 mm的水平管道中进行模型试验,测量出每种工况下的流量、含沙浓度和脉动压强。采用统计方法对测量数据进行多方面分析,并结合快速傅里叶变换(FFT)方法研究了脉动压强的功率谱密度。试验结果表明,时均压强的沿程幅值和瞬时峰值压强均随含沙浓度增加而增大,相对脉动强度随着含沙浓度增大总趋势是减小的;脉动压强概率密度为脉动压强均值接近于零的正太分布,随着含沙浓度增加分布形态从瘦高型发展成矮胖型,压强振幅变大;脉动压强功率谱密度中低频分量随着含沙浓度变大有明显的增加。     

掺气分流墩墩头脉动壁压及其模型律试验研究

本文研究了中、低弗氏数掺气分流墩墩头脉动壁压及其模型律，得到时均和脉动壁压和分布规律、脉动壁压概念分布，自功率谱密度、自相关系数及墩头初生空化数，研究结果表明，墩头脉动壁压幅值模型律为重力律，优势频率模型律则为ｆλ≈１。     

消力塘透水底板脉动壁压幅值相似律研究

以底流消能情况下消力塘透水底板下表面脉动壁压为研究对象,设计了系列比尺(1∶1,1∶2,1∶4)模型试验,分析了透水底板脉动壁压强度、偏态系数、峰度系数以及概率密度函数沿程分布特征,并研究了系列比尺模型试验中脉动壁压幅值特性的相似律问题。结果表明,底流消能情况下消力塘透水底板脉动壁压幅值符合重力相似律。