[01294450]深水条件下自激吸气式脉冲射流装置性能及应用

水库淤积是水库设计和管理中的一个难题,对水库的施工和运行会产生严重的影响,如减小库容、抬高水位、造成水库污染等。因此,如何对水库进行清淤是泥沙工作者面前一个非常重要的问题。黄河调水调沙是通过水库联合调度、泥沙扰动和引水控制等手段,把进入黄河下游不平衡的水沙关系塑造成协调的水沙过程,是提高黄河下游防洪减淤能力的有效途径。但目前水库主要采用异重流排沙方式,排沙效果不佳,必须结合人工泥沙扰动技术,将泥沙起动,提高异重流的输沙能力。 水射流是近20年发展起来的一门新技术,其应用日益广泛。如何将水射流技术应用在几十米深的水库将库底泥沙扰动并悬浮,随异重流排出水库,是进一步提高异重流输沙能力手段之一。目前高压水射流技术的淹没水深已经可以达到几百米,由于流量小,不适用于水库泥沙扰动。作为新兴低压大流量射流中的一种—自激脉冲射流,近几年得到不断地研究和发展,但是在淹没条件下其装置性能明显不如非淹没条件。为此,本项目研制出一种新式低压大流量自激吸气式脉冲射流装置并对其性能及其冲蚀进行了试验研究。 项目通过试验研究证明了自激脉冲射流的峰值压力、最佳靶距和冲蚀体积分别是连续射流的1.25～1.37倍、1.2～1.67倍和1.4～1.6倍（浅水）,最佳下喷嘴长度55mm;深水下（10m～60m）吸气后脉冲射流打击力比吸气前最大幅度可提高50%,吸气方式为4根吸气管,管径为6.5mm;深水下自激吸气式脉冲射流装置性能参数为：射流流速v0＞35m/s,工作压力P0＞1.2MPa,相对吸气量＞20%,上喷嘴直径≥8mm,下喷嘴直径≥14mm,腔径≥85mm,腔长≥40mm;脉冲射流与连续射流相比冲蚀表面积提高75～144%,冲蚀体积提高20～30%;初步提出了小浪底脉冲射流清淤设计方案。 项目确定了自激脉冲射流喷嘴装置性能参数与结构参数之间的最佳配比范围,研制的高性能装置可应用于不同的工程领域。研制了基于深水的自激吸气式脉冲射流喷嘴装置,提出了装置的吸气方式和不同水深与吸气量、工作压力及脉冲射流打击力之间的最佳配比。研究了不同水深下的自激吸气式脉冲射流喷嘴装置的冲蚀效果,分析了吸气后冲蚀机理,探明了装置冲蚀能力与水深及工作压力之间的关系,提高了泥沙在水中的悬浮高度和浓度。采用大涡模拟技术结合空化模型,对脉冲射流装置内非定常流动进行数值计算,获取了其内部空化流动的非定常特性,揭示了脉冲射流的机理。 自激吸气式脉冲射流装置,提供能源低于连续射流,耗能较少,排沙单价降低。采用自激吸气式脉冲射流装置后,由于气体的悬浮作用,增加了泥沙的悬浮时间,使悬浮泥沙输送距离加大,可增大清淤范围,提高年清淤量,所以自激吸气式脉冲射流具有更为广泛的应用前景。