本发明专利技术涉及一种孔板厚度对孔板能量损失系数的影响关系计算方法，利用RNGk-ε计算模型分别计算不同孔径比和厚径比工况下的孔板能量损失系数，从而形成一孔板能量损失系数数组，将孔板能量损失系数数组中的数据绘制成曲线，在孔板能量损失系数经验计算公式的基础上，拟合前述曲线获取计算孔板厚度对孔板能量损失系数的影响关系方程。该孔板厚度对孔板能量损失系数的影响关系计算方法能够更加准确的计算孔板能量损失系数，从而应用于工程设计中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水利工程
，具体涉及一种孔板厚度对孔板能量损失系数的影 响关系计算方法。
技术介绍
随着水电事业的快速发展，在水电工程项目中，高坝的使用越来越多，根据期刊 《水利学报》2006年的37(12)刊中的论文《我国高坝溅射的现状和面临的挑战》的记载内 容，四川省锦屏一级水电项目和双江口水电站，它们的大坝高度分别达到了 305m和315m。 如此高的大坝，其下泄的水流具有巨大的能量，如何将高坝下泄的巨大能量消杀掉，以保护 大坝及下游河道的安全，一直是摆在广大水电工作者面前的一大重要课题。 如图1所示，孔板消能借助其特殊的体型，使得水流经过孔板时会产生突缩和突 扩，从而形成强紊动和强剪切，以达到消能的目的。孔板具有结构简单、安装方便、消能效率 高的特点，在未来水电消能中有着重要的应用前景。 国内外围绕着孔板消能的水力学特性开展了大量的研究工作，其研究领域也主要 聚焦在孔板的能量损失系数及初生空化数，孔板的能量损失系数体现了孔板的消能效率， 孔板的初生空化数体现了孔板抗空蚀破坏的能力。已有的研究表明，孔板能量损失系数越 大，则孔板的消能效果越好；孔板的初生空化数越大，孔板也越容易遭受到空蚀破坏。 根据期刊《Flow Measurement and Instrumentation》在 I"8 年 8 ⑵刊中由 Kim等人发表的论文〈〈Effects of cavitation and plate thickness on small diameter ratio orifice meters》记载的内容，以及 Takahashi 和 Matsuda 在论文《Cavitation characteristics of restriction orifices》中记载的内容可知，可以获知孔板的初生空 化数及能量损失系数主要与孔径比β密切相关（β = d/D，其中d是孔板的直径，D是泄洪 洞直径），β越大，孔板的初生空化数越小，孔板抗空蚀破坏能力越强，但孔板的能量损失 系数同时也越小，消能效果也会变差。 根据期刊《水利发电学报》在1994(3)刊中论文《孔板消能工的体型对隧洞泄洪消 能的影响》的记载内容，以及期刊《水利水电技术》在1993(6)刊中的论文《多级孔板消能系 数问题探讨》的记载内容可知，当雷诺数小于IO 5数量级时，孔板的初生空化数及能量损失 系数均随雷诺数的增大有少量的增大趋势。又根据期刊《四川大学学报（工程科学版）》在 2001年33(3)刊中论文《消能孔板空化特性的数值模拟》的记载内容，以及期刊《说动力学 压就与进展》在1987年Α2(3)刊中的论文《管流中孔板消能的试验研究》的记载内容可知， 当雷诺数大于IO 5数量级时，雷诺数对孔板的能量损失系数及初生空化数几乎无影响，此时 可忽略雷诺数对能量损失的影响。 目前，关于孔板孔径比与其能量损失系的关系，基本上取得了一致的认 识，并且普遍比较认同《实用流体阻力手册》中的孔板能量损失系数经验表达式 I =[1 + 0.707^/1-(i//0)： ~(cUDy f (其中d是孔板的直径，D是泄洪洞直径）。但是该孔板 能量损失系数经验表达式只考虑了孔径比对孔板能量损失系数的影响，并没有充分考虑孔 板的厚度对孔板能量损失系数的影响。根据期刊《水动力学研究与进展》在2010年26 (6) 刊中论文《孔板后回流区长度竖直模拟研究》的记载内容，孔板的厚度不但是孔板与洞塞划 分的重要考虑因素，而且孔板厚度直接影响到孔板回流区的长度。根据期刊《Journal of hydraulic research》在 2010 年 48 (4)刊中论文《Head loss coefficient of orifice plate energy dissipaters》的记载内容，孔板回流区内水流大量旋滚和剪切，是孔板消能 的重要源地，因此，孔板厚度势必对孔板的能量损失系数产生影响。忽视厚度对孔板能量损 失系数的影响是不够科学的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种计算简单精确的孔板 厚度对孔板能量损失系数的影响关系计算方法。 本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种孔板厚度对孔板能量损失系 数的影响关系计算方法，其特征在于包括以下步骤： 孔板能量损失系数的定义公式为： 公式（1)中，ξ为孔板能量损失系数，？1为孔板前0. f5D处的泄洪洞断面平均压强， D为泄洪洞直径，？2为孔板后水流恢复断面的平均压强，P为水流密度，u为孔板末端空口 断面的平均流速； 孔板能量损失系数的经验公式为： 公式（2)中，d为孔板直径； 步骤一、在能够忽略雷诺数Re对能量损失系数ξ的数值区间Re > Re。条件下， 在孔径比β范围P1S β < β 2及厚径比α范围a α < α 2内选取具有不同孔径比 值和厚径比值的多组工况条件，利用RNG k-ε计算模型分别计算多组工况条件下对应的孔 板能量损失系数，从而获取一孔板能量损失系数数组； 其中，α = T/D，β = d/D，T为孔板厚度； Re = sDA μ / P )，s为泄洪洞内水流的平均流速，μ为水流动力粘度； 步骤二、根据步骤一中获取的孔板能量损失系数数组中的数据，绘制孔板能量损 失系数与孔径比、厚径比的关系曲线； 步骤三、在孔板能量损失系数的经验公式（2)的基础上，拟合步骤二中的孔板能 量损失系数与孔径比、厚径比的关系曲线，从而获取孔板厚度对孔板能量损失系数的影响 关系方程： 公式⑶适用的范围为：β A β彡β 2，α A α彡α 2且Re > Re 0; 步骤四、根据公式（3)即能够计算孔板厚度对孔板能量损失系数的影响关系。 在0.4彡β彡0·8,0·5彡α彡2.0且Re> IO5的条件下，孔板厚度对孔板能量 损失系数的影响关系的计算公式为： 与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术中孔板厚度对孔板能量损失系数的 影响关系计算方法，利用RNG k-ε计算模型对孔板能量损失系数进行数值模拟计算，并在 此基础上，对《实用流体阻力手册》中的孔板能量损失系数经验表达式进行修正，从而获取 孔板厚度与孔板能量损失系数之间的关系方程，根据该关系方程的计算可以获取孔板厚度 对孔板能量损失系数的影响，同时利用该关系方程可以计算获得更加准确的孔板能量损失 系数，为应用于工程设计中孔板能量损失系数的确定。【附图说明】 图1为现有技术中平头孔板内的水流示意图。 图2为本专利技术实施例中孔板在泄洪洞中的坐标示意图。 图3为本专利技术实施例中根据表格1中的数据绘制成的拟合曲线。 图4为本专利技术实施例中根据表格2和表格3中的数据绘制成的对比拟合曲线。【具体实施方式】 以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。 孔板能量损失系数的计算公式可以采用现有技术中通用的定义公式，该定义公 式在期刊《Journal of hydraulic research》2010 年 48 (4)刊中的论文《Head loss coefficient of orifice plate energy dissipaters〉〉中也有记载。 孔板能量损失系数的定义公式为： 公式（1)中，ξ为孔板能本文档来自技高网...
【技术保护点】
孔板厚度对孔板能量损失系数的影响关系计算方法，其特征在于包括以下步骤：孔板能量损失系数的定义公式为：公式(1)中，ξ为孔板能量损失系数，p1为孔板前0.5D处的泄洪洞断面平均压强，D为泄洪洞直径，p2为孔板后水流恢复断面的平均压强，ρ为水流密度，u为孔板末端空口断面的平均流速；孔板能量损失系数的经验公式为：公式(2)中，d为孔板直径；步骤一、在能够忽略雷诺数Re对能量损失系数ξ的数值区间Re＞Re0条件下，在孔径比β范围β1＜β＜β2及厚径比α范围α1＜α＜α2内选取具有不同孔径比值和厚径比值的多组工况条件，利用RNG k‑ε计算模型分别计算多组工况条件下对应的孔板能量损失系数，从而获取一孔板能量损失系数数组；其中，α＝T/D，β＝d/D，T为孔板厚度；Re＝sD/(μ/ρ)，s为泄洪洞内水流的平均流速，μ为水流动力粘度；步骤二、根据步骤一中获取的孔板能量损失系数数组中的数据，绘制孔板能量损失系数与孔径比、厚径比的关系曲线；步骤三、在孔板能量损失系数的经验公式(2)的基础上，拟合步骤二中的孔板能量损失系数与孔径比、厚径比的关系曲线，从而获取计算孔板厚度对孔板能量损失系数的影响关系方程：公式(3)适用的范围为：β1≤β≤β2，α1≤α≤α2且Re＞Re0。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：艾万政，
申请(专利权)人：浙江海洋学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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