孔板后壓力恢復(fù)長度的影響因數(shù)定量關(guān)系

隨著水電事業(yè)的飛速發(fā)展，我國很多大壩高度超過300 m，如錦屏一級水電站和雙江口水電站，其壩高分別達到305 m和315 m.如此高的大壩，其下瀉水流帶有巨大的能量.如何因勢利導(dǎo)，將高壩下瀉水流的能量消殺掉，以保護大壩及下游河道的安全，一直是一個值得探討的熱點問題.孔板消能工借助于其特殊的體型，使得水流通過它們時突縮突擴，從而形成強紊動和強剪切，以達到消能的目的.孔板具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、消能效率高的特點，因此它們廣泛受到水利工作者的青睞.孔板應(yīng)用到工程實際的年代可以追溯到20世紀(jì)60年代，當(dāng)時的加拿大麥加大壩就采用與孔板相類似的三級洞塞消能，消能效率高達50%以上.在1998年，中國舉世矚目的小浪底水利工程采用三級孔板消能，消能率達到44%以上.由此看來，孔板在未來水電消能中有著重要的應(yīng)用前景.高水頭有壓泄洪洞的孔板消能工需要采用多級, 既可使每級孔板消能負擔(dān)適當(dāng), 又可保證總消能要求.孔板后壓力恢復(fù)長度是多級孔板設(shè)計重要參數(shù)，多級孔板間距要大于相應(yīng)孔板后壓力恢復(fù)長度，否則排放泄洪時各級孔板相互影響不能充分發(fā)揮消能作用，因此孔板后壓力恢復(fù)長度是一個值得研究的水力學(xué)問題，但國內(nèi)外專家學(xué)者對孔板后壓力恢復(fù)長度的研究卻很少.夏慶福等認(rèn)為孔板壓力恢復(fù)長度是3(為泄洪洞直徑).實際上，孔板后壓力恢復(fù)長度受許多因素影響，本文通過理論分析和數(shù)值模擬手段探究計算孔板幾何參數(shù)、流體雷諾數(shù)等對孔板后壓力恢復(fù)長度的影響，根據(jù)研究結(jié)果提出影響參數(shù)與孔板壓力恢復(fù)長度的經(jīng)驗表達式，并通過室內(nèi)試驗進行驗證.

1 孔板后壓力恢復(fù)長度的影響因素

孔板流動壓力變化過程如圖1所示.當(dāng)流體流經(jīng)孔板時，流體壓力在孔板前端開始下降，在孔板末端達到最小值，然后逐漸上升到穩(wěn)定值，孔板末端與孔板壓力剛剛恢復(fù)穩(wěn)定點之間的距離稱為孔板后壓力恢復(fù)長度. 斷面1-1與斷面2-2之間為孔板作用下流體壓力急劇變化區(qū)域；為孔板直徑；為孔板厚度；為流體壓強.

比如，你很愛吃的東西，也只能吃屬于你的這份，絕不能一上桌就把喜歡的菜統(tǒng)統(tǒng)攬到自己面前，這樣的習(xí)慣一旦延伸到你長大后，就會成功地變成社交場合中的討厭鬼。

影響孔板后壓力恢復(fù)長度的因素主要包括：泄洪洞直徑、孔板直徑、孔板厚度、水流密度、水流動力黏度及泄洪洞內(nèi)流體平均流速, 這些參數(shù)函數(shù)可以表示為

(,,,,,,)=0

(1)

以上參數(shù)都是獨立變量, 上述物理量中選取、、為3個基本物理量，由泊金漢定理量綱分析法得到無量綱方程為

立足戰(zhàn)略合作，做大創(chuàng)森經(jīng)濟蛋糕。2014年，成武縣與山東水發(fā)集團簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，流轉(zhuǎn)土地4萬畝，發(fā)展了九女萬畝高端苗木與林下牡丹育苗基地、汶上、伯樂萬畝楸樹育苗基地等一批規(guī)模林木基地，為成武乃至全市的苗木供應(yīng)打下了堅實基礎(chǔ)。創(chuàng)建森林城市以來，成武縣進一步與水發(fā)集團深化合作，創(chuàng)新合作模式，動員20余個林木專業(yè)合作社進入水發(fā)集團平臺，統(tǒng)一要求、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，整體推進創(chuàng)森工作，僅利用4月時間，完成新增綠化面積3.3萬畝，在全市創(chuàng)森工作中名列第一。

(2)

由于=,=,=,=(為孔板相對厚度,為孔徑比,為雷諾數(shù))，上式可以表示為

(,,,)=0

(3)

本文主要研究水流流經(jīng)孔板后壓力恢復(fù)長度，孔板泄洪洞具有嚴(yán)格的軸對稱特性，對于孔板泄洪洞的三維數(shù)值模擬問題完全可以簡化為二維數(shù)值模擬來解決.圖2所示為孔板泄洪洞的三維坐標(biāo)軸，本文只研究圖2中二維平面的孔板泄洪洞的水力學(xué)特性，以二維平面的孔板泄洪洞水力學(xué)特性代表整個孔板泄洪洞的水力學(xué)特性.數(shù)值模擬的孔板泄洪洞直徑選為0.21 m，孔板前長度為0.21 m()，板后長度為1.26 m(6).

以人教版高中地理必修3第二章的《荒漠化的防治──以我國西北地區(qū)為例》為例，在教學(xué)過程中，筆者就要通過糧食危機入手，通過糧食危機引入到西北地區(qū)荒漠化，再將大氣變化、水循環(huán)與水資源切入到荒漠化的防治中，整個教學(xué)過程跳出了教材的“規(guī)定動作”。而是以更綜合的資源入水，通過資源的合理運用到持續(xù)發(fā)展來創(chuàng)新教學(xué)過程。這樣一來，不僅教學(xué)過程言之有物，使學(xué)生學(xué)習(xí)起來易于接受，而且使單一的知識變成對過往知識的綜合運用，促進了學(xué)生綜合思維的培養(yǎng)。

=(,,)

(4)

根據(jù)式(4)找出各參數(shù)變量對的影響.

2 模擬方法

2.1 幾何模型

為方便計算用代替，上式進一步變形為

2.2 網(wǎng)格劃分

采用Fluent 軟件自帶的Icem模塊進行模型設(shè)計，設(shè)計程序為建立模型、創(chuàng)建坐標(biāo)網(wǎng)格及連接各邊.由于是二維模型，為了準(zhǔn)確的獲得模擬計算結(jié)果, 對網(wǎng)格進行加密處理, 以保證計算結(jié)果的精確性.工況=0.50，=0.15，局部網(wǎng)格劃分如圖3所示.

2.3 計算模型與邊界條件

RNG-模型的控制方程包括質(zhì)量守恒方程、動量守恒方程、紊動能方程(方程)和紊動能耗散率方程(方程).這4個方程共同構(gòu)成一封閉的方程組.對于恒定且不可壓縮的二維流動情況，其具體表達形式如下.

(1) 連續(xù)方程:

(5)

(2) 動量守恒方程:

(6)

(3)-方程:

(7)

第二組方案，>180×10，在04～08內(nèi),在005～025內(nèi)，計算每種工況下壓力恢復(fù)長度隨和的變化，計算方案如表2所示.

(8)

模擬計算方案分兩大組，第一組方案計算工況分為5種，每種工況=050，=015不變,在090×10～276×10變化，分別計算孔板壓力恢復(fù)長度的值，第一組計算方案如表1所示.

子宮內(nèi)膜異位癥為子宮內(nèi)膜在子宮腔以外的部位種植[1]。近年來，其發(fā)病率日益提升，生育期婦女、不孕癥患者分別達到了10%、30%～45%的發(fā)病率[2]，高發(fā)部位為卵巢，現(xiàn)階段，臨床一直致力于解決保守性手術(shù)治療卵巢子宮內(nèi)膜異位囊腫伴不孕后聯(lián)合治療藥物的選取問題，以期促進妊娠率的提升、復(fù)發(fā)率的降低及副作用的減少等。本研究旨在探討腹腔鏡術(shù)后聯(lián)合促性腺激素釋放激素激動劑(GnRH-α)治療對子宮內(nèi)膜異位癥合并不孕患者組織整合素連接激酶相關(guān)蛋白(ILKAP)表達及子宮內(nèi)膜異位癥生育指數(shù)(EFI)的影響，為臨床治療提供參考依據(jù)。

所有病例均使用雙功能彩色多普勒超聲診斷儀（飛利浦iU-22超聲診斷儀）進行頸動脈超聲檢查，由接受過全國腦卒中篩查培訓(xùn)的高年資醫(yī)師進行檢測，以美國放射學(xué)年會超聲會議公布的診斷標(biāo)準(zhǔn)，頸動脈狹窄程度分為四個等級，分別為正常、輕度狹窄（＜50%）、中度狹窄（50%～69%）、重度狹窄≥70%。

(3) 對稱軸邊界處理方法為假定徑向速度為0，且認(rèn)為各變量沿徑向的梯度是0.

(2) 出流邊界的處理方法為假定出流充分發(fā)展.

(4) 壁面邊界的處理方法為邊界層流中運用無滑移假定，也即認(rèn)為壁面邊界的速度與邊界節(jié)點的速度分量相等，即通常所說的壁函數(shù)法.

2.4 計算方案

計算邊界條件包括入流邊界、出流邊界、對稱軸邊界及壁面邊界.各邊界條件按下面的方法處理：

(4)-方程:

第一步，判斷終點。由題意知，實際參加反應(yīng)的金屬質(zhì)量相等，根據(jù)等質(zhì)量的不同金屬與足量酸反應(yīng)，產(chǎn)生的H2質(zhì)量由多到少的順序——Al、Mg、Na、Fe、Zn，得到Fe粉比Zn粉產(chǎn)生的H2質(zhì)量大（三個圖的終點，F(xiàn)e比Zn縱坐標(biāo)高）。

堅持政治上激勵、工作上支持、待遇上保障、心理上關(guān)懷。大力弘揚系統(tǒng)內(nèi)優(yōu)秀干部的先進事跡，激發(fā)廣大干部投身事業(yè)、建功立業(yè)的熱情。完善和落實談心談話制度，定期組織干部健康體檢，積極實施帶薪年休假，完善和落實干部職工療休養(yǎng)、優(yōu)秀公務(wù)員健康休養(yǎng)等制度。對有重大疾病、不適宜堅持工作的干部，探索實行離崗休養(yǎng)，身體恢復(fù)后根據(jù)實際安排工作。重視關(guān)愛基層干部，堅持執(zhí)政重在基層、工作傾斜基層、關(guān)愛傳給基層，給基層干部給予更多的理解和支持。

3 模擬結(jié)果及分析

由模擬計算結(jié)果可以直接讀出各工況下孔板后壓力恢復(fù)長度，計算結(jié)果如表3、4所示.

由表3可知，當(dāng)>180×10時，的變化對沒有影響, 此時是關(guān)于和的函數(shù)，關(guān)于的式(4)可以簡化為

地下水主要來源于大氣降水和地表水（如河水、湖水、海水等），這些水進入地層后與巖土產(chǎn)生溶濾作用、濃縮作用、脫碳酸作用、脫硫酸作用、陽離子交替吸附作用、混合作用及人類活動作用等，使地下水的化學(xué)成分進一步演變[1]。

=(,)

(9)

由表4可知，當(dāng)>180×10時，在04～08內(nèi),在005～025內(nèi)，()對每個都具有

良好的線性關(guān)系，在相同下，隨減小而增大；在相同下，隨增大而減小為直觀反映與、之間的關(guān)系，與、之間的關(guān)系可以表示為

=218-323-509+755

(10)

4 試驗驗證

4.1 試驗安排

為驗證式(10)的精確性，室內(nèi)驗證試驗在河海大學(xué)高速流動試驗室進行，試驗裝置包括1個進水系統(tǒng)、1個水箱、1個帶有孔板消能裝置的泄洪洞及1個帶有矩形堰的回水系統(tǒng).泄洪洞直徑為0.21 m()，與數(shù)值模擬泄洪洞直徑一致，從進水口到閘門壓力泄洪洞出口的長度為4.75 m(22.6)，孔板消能工設(shè)置在距離泄洪洞進口10.0的位置，試驗系統(tǒng)可以給出10.0左右的水頭，在孔板附近布滿了35根左右的測壓管，用于測量泄洪洞壁面各斷面壓強，孔板泄洪洞模型如圖4所示.

4.2 試驗結(jié)果分析

室內(nèi)驗證試驗分兩組：第一組，=010不變，=04，05，06，07，08共5種工況第二組，=07，=005，010，015，20，025共5種工況每隔010的距離測量一次流動壓力，根據(jù)恒定壓力中的起始點確定壓力恢復(fù)長度, 兩組試驗狀態(tài)相同，試驗結(jié)果分別如表5、6所示表中為水位高度，()為水流壓力測量的無量綱位置，下標(biāo)=1，2，3，4，、、及為壁面壓力(用測壓管水柱高表示)表5表明，當(dāng)=04～08，到為常數(shù)保持不變，因此壓力恢復(fù)長度可以確定為壓力的位置設(shè)為基于式(9)計算的壓力恢復(fù)長度，為試驗壓力恢復(fù)長度，對比計算和試驗結(jié)果的相對誤差()和均方根誤差(RMSE)，結(jié)果如表7、8所示.

其中：為變量個數(shù).計算結(jié)果最大相對誤差小于2.5%，RMSE為5.62%，誤差小于10%.式(10)計算結(jié)果與室內(nèi)驗證試驗結(jié)果吻合.當(dāng)>180×10，=04～08,=005～025時，為直觀反映、與的關(guān)系，根據(jù)試驗和數(shù)值計算結(jié)果繪出圖5.

5 結(jié)語

本文研究結(jié)果表明，孔板后壓力恢復(fù)長度與孔板孔徑比、孔板相對厚度以及流經(jīng)孔板流體的雷諾數(shù)密切相關(guān).當(dāng)雷諾數(shù)大于1.80×10時，孔板后壓力恢復(fù)長度幾乎不隨雷諾數(shù)的變化而變化.當(dāng)孔徑比在0.4～0.8內(nèi), 孔板相對厚度在0.05～0.25內(nèi).孔板孔徑比不變時，孔板后壓力恢復(fù)長度隨孔板相對厚度減小而增大；孔板相對厚度不變時，孔板后壓力恢復(fù)長度隨孔板孔徑比增大而減?。豢装搴髩毫謴?fù)長度與孔板孔徑比、孔板相對厚度具有良好的線性關(guān)系.通過多元回歸分析和曲線擬合，得到了孔板后壓力恢復(fù)長度的經(jīng)驗式，室內(nèi)試驗結(jié)果與經(jīng)驗公式計算結(jié)果吻合.