Page 79 - 2024年第55卷第7期

图 ５ 肋板附近螺旋涡流带的形成与发展
针对此有害的螺旋流涡带流态（此流态会导致较高水头损失、水力激振等，对整个水力系统产生
不可忽略的消极影响），本文提出了 １０种肋板优化方案以减弱及消除其影响。岔管水头损失主要包括
两方面：沿程水头损失及局部水头损失。考虑不同工况条件下岔管不同断面间流动，结合上下游总水
头，有能量方程
＋
Ｈ ＝ Ｈ 上游 Δ ｈ （６）
下游
式中：Ｈ 为下游断面总水头，ｍ；Ｈ 为上游断面总水头，ｍ；Δ ｈ为两断面之间水头损失，ｍ。
下游 上游
水头损失系数定义如下
２
 ＝ Δ ｈ?（ｕ?２ｇ） （７）
２
式中 ｕ?２ｇ为主管路 １ － １截面流速水头。
岔管支管路双侧过流分流的情况下，由规范 ［３３］ 得
到的实验数据分岔角为 ７０°（本文模型分岔角）时水头
损失系数为０．２ ［３３］ ；单侧过流的情况下，水头损失系
数为 ０．５０～１．６０ ［３３］ 。优化后，工况 １、４均为双侧过流
且两侧流量对称，优化后支管水头损失系数与实验数
据相近，相应水力损失系数 １ － ７支管及 １ － ８支管均为
０．２２；工况 ２双侧过流但两侧流量不对称，１ － ８支管
水头损失系数为 ０．２２，数值与实验数据相近，１ － ７支
管因流量较大，故水头损失系数高于 １ － ８支管，其值
为 ０．４２，这部分与实验数据有所偏差，可能是由于流
量较大导致；工况 ４为单机对称过流，此时水力损失
系数 １ － ７及 １ － ８支管均为 ０．２５，较接近实验数据；工 图 ６ 岔管水头损失系数
况 ３、５为单侧过流，仅 １ － ７支管开启 （１ － ８支管关
闭，数值不具参考意义），分别为 ０．９５及 １．０５，其水
头系数均在实验数据范围内。优化后，岔管各支路水头
损失系数明显减小，与实验数据所给出的结果相吻合，
进一步验证了数值模型及物理优化模型的有效性和准确
性。相关水头损失系数与优化前的对比如图 ６所示。
肋板受力方面，工况 １和 ４双侧过流且流量对称，
故肋板受力最小，分别为 ５５４１和 ５３４４Ｎ；工况 ２三机
同开且两侧流量不对称，故受力较大，为 ４９５７５Ｎ；工
况 ３、５单侧过流，且工况 ３为双机同侧开启，故受力
最大，分别为 ７７９４７和 １５１６０Ｎ。岔管肋板各工况受
力如图 ７所示。本文研究所有工况水激力对肋板作用 图 ７ 岔管肋板受力
９
力均未达到肋板受力临界值（１．５３ × １０ Ｎ） ［３３］ ，肋板受力满足要求。
— ８ ３ １ —