基于消力井直径变化下竖井溢洪道压强特征试验研究

为研究消力井直径变化下竖井溢洪道内部各个重要部位的压强特征,在满足泄洪能力的前提下,保持消力井井深不变,分别对直径D0=6.5m、D0=9.1m、D0=11.05m三种方案进行水工模型试验,研究分析了洞内环形堰面段、竖井段、底板段、压坡段的沿程时均压强特征、脉动压强参数。试验结果表明:环形堰面段在自由堰流时时均压强随堰上水头变化幅度不大,而在淹没堰流时各测点时均压强趋于静水压强沿程逐渐增大趋势;竖井段下部时均压强随堰上水头呈增大趋势;底板段和压坡段时均压强随直径的增大呈现减小趋势,但减小幅度不大;在不同直径下消力池底板的优势频率都出现在2Hz内,属于低频率范围,不会对底板产生共振破坏现象。     

基于消能井井深变化下水力特性的研究

研究了消能井内消能工井深变化对各水力参数的影响。试验在中部进流时,消能井直径D、通气孔直径d、出口高度h、短压力段坡比l固定的情况下,通过改变消能井井深来研究井深对流态、压强、不均匀程度的影响,最后通过对脉动压强和系统消能率的比较分析来研究井深变化时各水力特性规律及消能井井深的合理取值。本次试验采用4种井深的变化,综合多次水头变化来研究井深变化对水力特性的影响。试验结果表明:对于同一堰上水头,相对水垫深度h_j/D_0随井深波动变化,在井深H_0/D_0=1.5时水垫深度达到最大,压强及其波动的不均匀程度也最小,所以本模型拟采用井深H_0/D_0=1.5最为合理。     

台阶式溢洪道滑行水流水面线和消能效果的试验研究

通过模型试验研究了台阶式溢洪道滑行水流的流态、水面线和消能效果。试验得出,台阶式溢洪道的水流流态分为台阶内部的旋滚流态和虚拟底板以上主流区的流态。台阶式溢洪道水面线的变化与来流量、台阶尺寸和掺气浓度有关。当水流进入台阶段时,水面由于失重有一定的降低,然后逐渐抬高至某一高度后再略有降低;在掺气发生点以前,水面线沿程降低,掺气发生点以后,水面线沿程升高;当水流掺气饱和时,水深沿程不再变化,为明渠均匀流。台阶式溢洪道的消能率是逐级台阶的累积效应。水流通过与台阶之间的碰撞、台阶上的水流漩滚以及水流内部的紊动剪切强化了溢洪道的消能效果。在试验范围内,台阶式溢洪道与光滑溢洪道比较,消能率可以提高40% ~70%。通过试验,得出了台阶式溢洪道滑行水流水面线和消能率的计算方法。     

旋流阻塞与旋流扩散复合内消能泄洪洞的壁面压强特性

结合雅砻江两河口水电站3#导流洞改建的水工模型试验,研究了新型旋流阻塞和旋流扩散复合内消能泄洪洞的壁面压强特性。研究结果表明:在淹没堰流流态时,壁面压强在进口的堰面、竖井段和旋流洞段因阻塞的顶托作用整体增大;在起旋器出口下游侧的旋流洞的顶部仍然存在局部范围的低压区或负压区;在旋流阻塞段,流速增大,壁面压强减小,水流空化数降低;在旋流扩散段,壁面压强略大于或小于大气压。     

台阶式溢洪道掺气特性的试验研究

通过试验研究了台阶式溢洪道上的掺气现象以及掺气区域的划分，试验表明，台阶式溢洪道沿程掺气可以分为非掺气区、掺气发展区和掺气充分发展区等三个区域；断面掺气分为台阶影响的含气区、楔形清水区、水中气泡区和空中水滴区。试验还测量了台阶式溢洪道上的断面掺气浓度及其沿程分布，计算了断面含水率，提出了初始掺气点的计算方法。与光滑溢洪道相比较，台阶式溢洪道具有初始掺气点前移，掺气发生早，发展快，掺气浓度大等特点。     

台阶式溢洪道掺气水流水深的试验研究

根据紊流边界层理论,整理分析了前人对台阶式溢洪道掺气位置的研究成果,提出了掺气发生点的计算方法。通过模型试验,研究了坡度分别为30°、51．3°、60°台阶式溢洪道上掺气水深的分布规律。研究结果表明当台阶尺寸一定时,掺气水深主要与堰上流能比、台阶坡度、台阶以上总水头有关;流能比越小,单宽流量越小,台阶上的水层越薄,掺气越充分,相对掺气水深越大;随着坡度的变陡,来流速度增加,掺气发生点前移,水流破碎严重,水深增加越大;沿程相对掺气水深随流程的增加而增加。     

消能锥阀结构改进的三维数值模拟研究

对常规消能锥阀体型进行了改进,提出了一种新型的嵌套式消能锥阀.该新阀将原来通过阀体的一股环状射流变为两股互不平行的环状射流,通过这两股高速水流在阀口的碰撞提高消能率、改善流态.采用可压缩的两相流模型,辅以Realizable k–ε湍流模型来模拟锥阀附近水流的水力特性,对于自由水面的处理采用了VOF法,并进行压强场和流速场及消能情况的对比分析.结果显示:在上游进口端控制断面的水流流量相同的情况下使用嵌套式消能锥阀,阀前进水管道的压强可由原来的25kPa减小到15kPa,减小了40%;阀体所承受的压力由35kPa减小到10kPa,减小了57%;下游管道中水流落点之后的沿程断面平均流速减小了约0.1m/s.在上游进口端具有相同的总水头的情况下,嵌套式消能锥阀对流速水头及压强水头的消能能力都要比使用常规消能锥阀好.     

氯盐侵蚀环境下钢纤维再生混凝土抗压性能试验研究

探讨了钢纤维再生混凝土在氯盐侵蚀环境下的抗压性能。首先,在室内配制水灰比分别为0.45、0.53、0.61的标准立方体钢纤维再生混凝土试件各27个,在标准条件下养护28d;再将这三种水灰比的试件分别浸入浓度为2.0%、3.5%、5.0%的Na Cl溶液中浸泡50d、100d、150d,并测得其抗压强度;最后分别对标准立方体试件上深度为5mm~25mm处的氯离子含量进行了测定。试验结果表明:随着水灰比的减小,钢纤维再生混凝土抗压强度逐渐增大;在浸泡天数相同的条件下,其抗压强度随着氯离子浓度的增加呈降低趋势,且在同一深度下水灰比越大的试件,侵入的氯离子浓度越高;在浸泡浓度相同的条件下,其抗压强度随着浸泡时间的增长而降低。     

抗震加固用消能减震结构的弹塑性时程分析研究

对用于抗震加固的消能减震结构进行了弹塑性时程分析研究,主要解决以下几个问题:确定结构的振动模型;质量矩阵和阻尼矩阵的处理;确定结构或构件在反复荷载下的力-位移关系,或恢复力特性;附加阻尼矩阵及附加刚度矩阵;阻尼器的优化布置等.提出了简化优化设计法,针对加固工程,确定控制函数.最后给出了四层混凝土框架加固工程实例分析.     

旋流消能工内空腔旋流的能量特性

为了揭示旋流消能工内空腔旋流的能量特性,本文以公伯峡水电站为例,基于组合涡运动规律推导并建立了空腔旋流各类能量的计算公式,研究了空腔旋流的能量特性。结果表明,文中的能量计算公式在空腔旋流的能量计算中具有更好的适宜性,克服了常规能量方程在空腔旋流能量精确计算中的局限。旋流洞内空腔旋流的切向动能沿程减小;轴向动能和压力势能沿程波动变化,且相对轴向动能和相对压力势能沿程变化趋势相反;空腔旋流的总能量以轴向动能为主且沿程减小;在水平长度为15.5m的研究流段间其能量损失约占总水头的5%。并结合湍动能耗散率揭示了空腔旋流能量损失的主要组成部分。成果对旋流消能工的设计和深入认识旋流消能工内空腔旋流的能量特性具有指导意义。     

钢筋再生混凝土梁徐变性能试验研究

为揭示钢筋再生混凝土梁的徐变性能,通过三种持荷水平下9根钢筋再生混凝土梁试件的徐变(徐变应变与徐变挠度)对比试验,分析了钢筋再生混凝土梁徐变与时间的相关关系,研究了加荷幅值、初始变形(初始应变、初始挠度)等因素对钢筋再生混凝土梁徐变性能的影响规律,揭示了钢筋再生混凝土梁的徐变机理。研究结果表明:在45%极限荷载水平的持续作用下,钢筋再生混凝土梁总徐变挠度值为初始挠度值的62%左右,并且在前期发展较快,7d发展至总徐变挠度值的64%左右,后期变缓;钢筋再生混凝土梁徐变随着施加荷载幅值、初始变形的升高而有所增加。经历徐变过程后的钢筋再生混凝土梁,其承载性能有所下降,变化趋势为总徐变值越大,降低的幅度也越大。     

内爆炸荷载作用下地下竖井的动力响应

本文采用计及无限土体与结构相互作用的无限元法计算了地下竖井在内爆炸荷载作用下的动力响应,给出其变形、内力与土体压力的分布规律。与有限元法比较表明,本法自由度的数目,计算工作量和所需内存都大为减少。     

基于修正最小应变能密度因子准则下的Ⅰ型裂纹研究

扩展应变能密度因子准则首次引入体积改变比能密度因子权重系数β,分析体积与形状改变比能权重对于裂纹扩展形式的影响。基于扩展应变能密度因子准则,考虑Williams应力函数中常忽略的非奇异项部分影响,对最小应变能密度因子准则进行修正完善。探究泊松比μ与权重系数β影响下,纯I型裂纹起裂角随T应力变化规律,并采用形状改变比能准则求得T应力下纯I型裂纹实际临界应力强度因子KIf较传统断裂韧度KIc的比值。研究结果表明:针对纯I型裂纹,修正后的最小应变能密度因子准则对于裂纹起裂角的预测较传统理论的预测精度显著提升。当β值趋于1时,裂纹起裂角随T应力增加过程存在明显的激增现象,起裂角度激增时刻对应的T应力随泊松比μ的增加而增加。当β值趋于0时,起裂角激增现象减弱,与最大周向应力准则(MTS)下曲线变化规律吻合。     

水垫塘三元流态及消能特征的数值和实验研究

采用数值模拟和实验测试相结合的方法对水利工程中高拱坝泄洪水垫塘三元流场进行研究．获得了详细的流态特征，得到了水垫塘三元典型流态概化图．研究了水垫塘消能特性，并据此将塘内水体划分为剪切消能区、撞击消能区和混掺消能区．计算和实验所得的速度场及底板最大冲击动压相比较，二者基本一致．     

应用二维激光测速系统研究面流消能的紊动特性

本文应用二维激光测速系统对面流消能工下游典型流态的紊动特性进行了系统的试验研究,得到了不同来流条件下面流的时均流速、紊动强度及雷诺应力等沿主流与回流区的分布特征;计算并绘制了流线图,由此分析了淹没面流时底旋滚长度和佛劳德数的关系。对紊动能量的转换过程及耗散特征进行了计算分析,初步探明了消能机理。     

基于量纲分析的泡沫铝板吸能研究

基于落锤冲击试验,以含有5个变量的泡沫铝板受冲击的能量吸收规律为研究对象,运用量纲分析法描述试验系统中各参数之间的内在联系.以落锤冲击试验为基础进行仿真试验设计,利用Abaqus软件进行仿真试验并求得相应的仿真数据,最后得到泡沫铝板受冲击后的吸能量与参数之间的方程式,检验结果显示方程式对能量吸收值具有较好的预测性.     

基于变转速条件下内燃机油抗磨试验方法研究

通过对内燃机油工作环境和润滑状态的研究,提出变转速试验方法来评定内燃机油的抗磨性能.该方法以四球机为试验平台,以Stribeck曲线和椭圆接触理论为依据,通过试验转速的改变来匹配不同的油膜厚度,从而在测试过程中模拟发动机的润滑状态.对11种油品的抗磨性能进行了测试,考察了变转速试验方法的相关性、重复性、区分性,并与标准方法SH/T 0189进行了比较.结果表明:变转速试验方法与SH/T 0189方法显著相关,其重复性及区分能力优于SH/T 0189方法,可用于内燃机油抗磨性能研究.     

聚氨酯丝与PET丝摩擦磨损性能的试验研究

在自制多功能粘着摩擦磨损性能试验台上进行仿壁虎刚毛用聚氨酯和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)2种丝材的摩擦性能对比试验,在不同正压力下悬臂梁带动上试样丝以45°夹角相对下试样丝滑动,安装在悬臂梁上的二维传感器同时将正压力和摩擦力电信号输送计算机进行处理,计算得到摩擦系数平均值.结果表明:当法向压力处于0.5～2.0 mN范围内时,聚氨酯丝的平均摩擦系数为4.22;当法向压力在0.2～1.0 mN范围内时,PET丝的平均摩擦系数为0.29,前者为后者的14倍.高表面能引起的粘着为聚氨酯摩擦系数较高的主要原因.试验结果为仿壁虎机器人脚掌刚毛材料的选择与制备提供了依据.     

钒化对钢摩擦磨损性能影响的试验研究

用销－盘式摩擦磨损试验机研究了几种钢底材表面液相沉积碳化钒覆层与不同偶件配副时的摩擦磨损性能．结果表明，在给定的试验条件下，ＶＣ覆层没有明显的磨合阶段，而且有覆层钢与淬火ＧＣｒ１５钢对摩时的摩擦因数和磨损质量损失都远比无覆层的同种钢与ＧＣｒ１５钢对摩时的低，ＶＣ覆层自配副时的摩擦磨损最低．这种覆层的高耐磨性是因为它具有高硬度及其与钢高的界面结合强度和超细的钒碳化物晶粒显微组织结构．试验过程中，ＶＣ覆层由于表面塑性变形累积和低周疲劳，逐渐产生麻点状显微磨坑并互连成片、发生大块状剥落而导致失效．