[發明專利]平頭孔板初生空化數的確定方法

在審

• 申請號: 201710847109.2
• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN107491623A
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 王偉軍;艾萬政
• 申請（專利權）人: 浙江海洋大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司31253
• 代理人: 馮子玲

技術領域

本發明涉及泄洪洞技術領域，尤其涉及一種泄洪洞中平頭孔板初生空化數的確定方法。

背景技術

在中國，壩高超過300m的大壩越來越多。高壩下泄的水流具有巨大的能量，為了消殺掉高壩下泄的巨大能量，傳統的消殺方式是建設外部消能設施，然而，由于外部消能設施占據較大的空間，不適合峽谷地區水電項目消能，并且，外部消能霧化問題嚴重，不可避免地會破壞周邊環境。而孔板消能工只需要建設在由臨時導流洞改建的泄洪洞內，不但建造方便，而且可以克服外部消能帶來的霧化問題，是一種較理想的峽谷高壩消能途徑。

參見圖1，為目前采用的平頭孔板消能工的結構示意圖，由于孔板的特殊結構，水流經過孔板時會產生突縮和突擴，從而再孔板前后形成水流的漩滾區，水流內部則產生強剪切和強摩擦，進而消殺掉水流的巨大能量。目前大量研究表明，孔板的初生空化數及其能量損失系數分別反映了孔板抗空蝕破壞的能力及其消能能力，且孔板的初生空化數越小，其抗空蝕破壞的能力越強；其孔板的能力損失系數越大，孔板的消能效果越好。其中，孔板的初生空化數和能量損失系數主要與孔徑比β密切相關(β＝d/D，其中，d是孔板的直徑，D是泄洪洞直徑，d和D見圖1)，β越大，孔板的初生空化數越小，孔板抗空蝕破壞能力越強，但孔板的能量損失系數同時也越小，消能效果也會變差。

但上述的研究都是定性分析，雖然對實際工程有指導價值，但是并不適合實際工程的直接應用。因此，目前，亟需根據孔板的體型和水力要素來研究孔板的能量損失系數和初生空化數，從而得到它們之間的定量關系。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種孔板的初生空化數的確定方法，其能夠根據孔板的體型和水力要素來研究孔板的能量損失系數和初生空化數，從而得到它們之間的定量關系，可應用于實際工程。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種平頭孔板初生空化數的確定方法，其包括步驟：

獲取管道水流雷諾數R_e，以及所述平頭孔板的孔徑比β和厚徑比a；

根據所獲取的雷諾數R_e、孔徑比β和厚徑比a，結合數值模擬方法對孔板泄洪洞水流流態進行數值模擬，得到當雷諾數大于或等于10⁵時，所述平頭孔板初生空化數σ_i的經驗表達式為：

σ_i＝2.1×β^-4.6。

其中，所述數值模擬算法為二維數值模擬方法。

其中，進行二維數值模擬的過程中，關于孔板后最低壓強的確定步驟具體包括步驟：

每次數值計算以后，在孔板后緣0.25D的X軸范圍內，等間距取出50個斷面，每個斷面沿Z軸方向又平均取出200個等間距點，查看每個斷面上各點的最低壓強，將此50斷面中的最低壓強點的壓強近似看作是孔板后的最低壓強，其中，D為泄洪洞直徑。

進一步地，所述平頭孔板初生空化數的確定方法還包括步驟：采用物理模擬試驗對所述初生空化數的經驗公式進行驗證。

有益效果

本發明的平頭孔板初生空化數的確定方法，能夠孔板的體型和水力要素來確定孔板的能量損失系數和初生空化數，并得到它們之間的定量關系。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為孔板的結構示意圖；

圖2為本發明的一種平頭孔板的初生空化數的確定方法的一實施例的流程圖；

圖3為為孔板泄洪洞的三維坐標軸；

圖4為計算初生空化數時計算網格的一種劃分示意圖；

圖5為根據a＝0.1時各種孔徑比下的初生空化數數據繪制的曲線圖；

圖6為空化噪聲測量系統的一實施例的模塊圖；

圖7a和圖7b分別為根據測量結果繪制得到的孔徑比為0.6時的背景噪聲的聲壓級和空化初生時的噪聲聲壓級；

圖8為孔徑比為0.6、0.7、0.78和0.8時初生空化數實測結果和計算結果的對比圖。

具體實施方式