可控高扬程水锤泵模型试验

为解决现有实验室厂房高度不足,无法对水锤泵高扬程的性能进行模型试验的技术难题,提出了一种高扬程水锤泵模型试验的设计方法。根据水力学原理,通过在试验平台的扬水管线路上,并联增设可调节局部阻力元件的技术,实现了水锤泵扬程的控制和调节。利用该技术开发了可控高扬程水锤泵实验平台,并对研制的新型水锤泵进行模型试验,验证了该技术用于研究水锤泵高扬程性能的可调节性和稳定性。试验结果表明,新型水锤泵的效率最高可达70%;以日扬水量大于1 m3作为临界点,可将水扬送至42倍作用水头的高度,大于同尺寸水锤泵的32倍。     

河渠恒定非均匀流准二维模型

以Reynolds平均的Navier-Stokes紊流方程为基础,提出了河渠恒定非均匀流的水深平均流速横向分布的准二维模型,该模型包括了河渠流动的一些关键三维紊流因素。研究了用数值有限差分将它转换为一组三对角线性方程并用追赶法求解,然后,研究了用该模型推算水面线的迭代计算,最后以实测数据检验了所提模型的准确性,结果表明计算流量与实测流量的偏差相对值小于4%,而计算水深与实测水深偏差相对值小于1%。     

南水北调中线工程冬季输水冰情的数值模拟

南水北调中线工程总干渠是由明渠和各种过水建筑物组成的树状系统,特点是线路长、过水建筑物类型多、冰水动力学响应过程复杂。本文将冰情发展模型与树状明渠系统复杂内边界条件下的渠道非恒定流模型进行集成耦合,开发了大型长距离调水工程冬季输水冰情数值模拟平台,提出了树状明渠系统复杂内边界条件的等效变换方法和计算冰盖前缘动态发展的虚拟流动法。根据实测的沿线气象资料和设计资料,利用该平台系统模拟了在寒冷气温条件下总干渠初冰、冰盖形成、发展和消融过程。分析了冬季输水的冰情特性及冰期输水能力,提出了冰期安全运行的水力控制条件,通过对典型年总干渠敞流期、冰盖形成期、稳封期、调度期以及开河全过程的模拟,给出了安全运行输水调度方案及建议。     

引黄入晋北干线倒虹吸输水工程的水击压力控制

山西省万家寨引黄工程分成南干线和北干线.北干线倒虹吸输水工程全长113 km左右,采用内径2～2.2 m的PCCP管有压输水.研究了北干线倒虹吸输水工程的水击压力控制、调流阀安装位置对管道压力等级设计的影响及调流阀、泄压阀、检修阀的联合工作方式,以及设计了新型的多喷孔套筒调流阀以适应水击压力的控制要求.同时,也研究了该线路设计调压井或者溢流井的必要性及其参数.通过研究,不仅找出现有设计存在的安全隐患,提出了控制水击压力的工程措施,而且大大减少了工程投资.     

管道充水过程气液两相流动力学特性分析

管道充水过程涉及复杂的气液两相瞬变过程,合理分析、评价其两相动力学特性对工程的优化设计、安全运行,以及数值模拟研究具有重要意义。基于量纲分析和相似理论,建立了充水过程的气相模型相似律,认为通气孔排气过程的动力相似律可近似套用重力相似律,据此推导出了管内滞留气囊原、模型的几何比尺关系。将建立的气相模型相似律应用于南水北调北京段西四环暗涵通气孔水工模型试验,分析了充水全过程中两相流各动力学测量参数,得出暗涵合理的充水流量。最后采用定量和定性分析相结合的方法,对管道中滞留气囊对输水能力的影响进行了评价。     

渠道糙率率定误差分析

本文研究了渠道糙率率定误差与水力测量误差的函数关系。根据水力学原理,提出了计算渠道糙率率定误差的公式,然后计算分析了南水北调中线京石段应急供水工程实测流量、水深误差产生的渠道糙率率定的误差.得到重要结论:(1)微小的水力测量误差可能产生较大的渠道糙率率定误差,现有南水北调中线典型渠道原型观测糙率误差可达11%;(2)糙率的流量误差分量相对值与流量测量误差基本相同;(3)糙率的进出口水深误差分量绝对值非常接近,两者绝对值大小不仅与水深测量误差成正比,而且与渠道长度有关,当渠道过短时,糙率的水深误差分量将成倍增加。     

黑龙江防凌爆破试验研究

炸药爆破冰盖或冰坝是防凌减灾的重要手段,确定爆破坑半径同炸药用量、冰盖厚度等相关影响变量的关系是有效实施爆破的前提。通过黑龙江上游江段现场防凌爆破试验研究,提出了防凌爆破的可靠方法和关键技术,建立了表达黑龙江冰凌爆破中冰盖厚度、冰下水深、炸药用量同爆破坑半径之间关系的公式。新公式预报的爆破坑半径值和实测值平均相对误差在8.5%以内。同已有的研究成果比较,本文论证了冰下水深对爆破坑半径的影响,所提出的爆破坑半径公式不仅适应于冰盖厚度小的河流,也适合高寒地区冰盖厚、强度大、水深浅的天然河流,且预报精度较高。研究成果应用到2015—2016年开河前黑龙江上游漠河江段防凌爆破中,确保该江段开河期间未发生冰塞和冰坝凌汛灾害。     

提高渠道糙率率定精度的方法

渠道糙率的现场率定是水力学研究的重要课题.由于水力量测时流量和水深测量值不可避免的会存在随机误差,如何减少测量误差对糙率率定的影响是必须解决的关键问题.在系统研究了测量误差、渠长及雍水对糙率率定误差影响的基础上,给出了计算渠道糙率率定误差的简化公式,提出了减小糙率率定误差的方法:1)使渠道进出口目测水深(水位)具有相同方向误差;2)合理的布设渠道测点;3)控制闸门开度减少渠道雍水坡度,另外,尽可能在设计等大流量工况率定糙率,因为这些工况雍水坡度较小.     

神经网络算法在南水北调冰期输水中的应用

通过分析南水北调沿线气候和气温特点,用LevenbergMarquart算法改进传统BP神经网络算法进行气温稳定转负日期的预报。把该模型应用到南水北调沿线新乡、安阳、邢台和石家庄2003—2006年气温稳定转负日期预报中,取得良好效果。立冬日作为气温转负日期统计的基准点,提高了预报精度,说明中国传统二十四节气对于冰情预报及其它同气温和气候相关的预报有重要的参考价值。     

引渤济锡海水输送工程

引渤济锡海水输送工程是内蒙古锡林郭勒盟恢复草原生态和实施以发展电力和煤化工为主体的褐煤开发战略的基础工程。该工程是从渤海引海水，通过辽宁省的葫芦岛市、朝阳市和内蒙古的赤峰市到锡林浩特，本阶段设计年输海水3．65亿甜。该工程将与锡林格勒盟地区待建的煤化工、海洋化工、生态工程形成新型的循环经济发展产业链。长距离输送海水是一个世界性的新课题。现研究了长距离海水输送的特点，提出了应对海水强腐蚀、海生物附着所引起的污损问题和输送过程中防泄漏和渗漏问题的工程措施，采用一条夹砂玻璃钢管管线结合隧洞和一座在线调节水库的输送海水方案，包括：设9座泵站，设计总扬程1147m海水水头，线路全长607km左右，其中玻璃钢管全长290km，直径3．2km，隧洞全长317km，输海水总成本为4．1元／m左右。引渤济锡海水输送工程的建立，标志着我国海水综合利用进入一个新的历史阶段，工程本身具有下述特点：输送海水流量、距离、扬程综合指标，世界第一；内径3．2m夹砂玻璃钢管是国内目前采用的最大管径的玻璃钢管。此外，引渤济锡海水输送工程的建设不仅能够促进锡林郭勒盟地区经济的持续发展，而且具有下述重大战略意义：一是通过“盐田置换”方式促进环渤海经济区建设；二是为发展制盐工业提供了新的发展模式；三是为我国开发内蒙古、新疆维吾尔自治区巨大的煤炭资源、恢复生态系统提供了一条新的思路。