竖缝式鱼道180°转弯段水力特性研究

180°转弯段是鱼道的重要结构形式之一,为了研究竖缝式鱼道180°转弯段的水力特性,针对老口竖缝式鱼道180°转弯段,采用数值模拟的方法,对其水流流态和紊动能进行模拟计算,对转弯段的主流区流速、紊动能沿程及垂向分布变化进行了分析,得出竖缝式鱼道180°转弯段的主流区水流流态和紊动能的分布情况.模拟结果表明:180°转弯段的主流区明确,流速适宜,紊动能较小,老口鱼道对鱼类洄游具有良好的水力条件.     

异侧竖缝式鱼道水力特性试验研究

对异侧竖缝式鱼道的水力特性进行了试验研究.在试验室的水槽中,通过三维超声波流速仪(ADV)测得鱼道池室中的流速数据,对流量为5.61L/s和9.31L/s池室中不同水深时的流速场、紊动能和雷诺剪切应力等水力参数进行了初步分析研究.结果表明:鱼道池室中流速沿垂向的分量很小,几乎为零;同等流量下随着水深的增加,流速有减小的趋势,而紊动能和雷诺剪切应力有增大的趋势;而随着流量的增加,池室中相同部位的流速、紊动能和雷诺剪切应力也会相应的增大.     

从生态学角度谈莒口拦河闸过鱼设施的设计

近年来,大樟溪由于大量水电站开发而导致鱼类生境遭受破坏,鱼类洄游通道不畅,鱼类繁殖受到一定影响。在莒口拦河闸建设过程中,为缓解工程对水生态系统造成的影响,决定修建仿生态旁道作为主要过鱼设施。该文通过现场调查与资料收集,明确过鱼对象主要为花鳗鲡、日本鳗鲡以及花鲈,主要过鱼季节为每年2-11月。过鱼孔口/竖缝流速建议取值为0.5m/s,进口诱鱼流速建议取值为0.45～0.5m/s,鱼道中最小感应流速建议取值0.18～0.25m/s。     

城市雨水口流场及紊动特性试验研究

基于具有上下两层结构的城市洪水综合试验平台,使用三维超声多普勒流速仪(ADV)测量较大水深条件下雨水口周边流速与紊动强度的三维分布.试验结果表明:当来流水深较大时雨水口中心会出现一地漏漩涡,来流与漩涡共同作用引起雨水口周边流速显著增加.漩涡中心处流速相对较大且流速纵向分量与来流方向相同侧平均流速大于相反侧,各试验工况条件下最大流速均位于雨水口下游边缘附近.雨水口引起的漩涡增大了水体的紊动强度,紊动强度的平面分布与流速平面分布较为类似,工况2条件下平均湍流动能由水槽进口处0.004m2/s2增加至雨水口下游边缘处0.145m2/s2.水体剧烈的紊动效应使底床摩阻的影响相对减弱,流速沿垂线呈常数型和线性型分布,不符合明渠水流对数型的分布特征.     

基于VOF模型的台阶式溢洪道的数值模拟

为了研究台阶式溢洪道在不同体型下的水流流态、流速分布和消能率等水力特性,采用RNG的湍流模型和VOF方法模拟台阶式溢洪道的水流流动,对不同体型的台阶式溢洪道进行了数值模拟计算。结果表明:模型1与模型2水流流态为跌落水流,对台阶的冲击和冲刷较大,模型4水流流态平稳,为滑行水流流态。4种模型消力池出池流速基本一致均较小,即消能效果较好,计算流速最大值小于15 m/s,45级台阶的消能率达最高。数值计算结果与物理模型试验相吻合,验证了该方法的可行性与实用性。     

高水头大流量竖井旋流水气二相流三维数值模拟

采用标准k-ε双方程紊流模型及基于水气两相流的VOF方法,对某高水头水电站竖井式泄洪洞内的水流运动进行了模拟,得到流速、压力、紊动能、自由水面、压坎后掺气水深等水力参数的分布规律.揭示了竖井旋转内消能泄洪洞的一些特有的水力特性——空腔环流.模拟结果与物理模型试验结果吻合良好.此外,利用数值模拟的结果对竖井的泄流能力和消能率以及洞顶余幅进行了验证.     

低佛氏数消力池三维紊流数值模拟

文章结合某低水头泄水闸设计实际资料,提出了一种新型悬栅消力池,建立了用于研究泄水闸消力池三维紊流的网格模型,利用标准k-ε紊流模型,并采用VOF自由表面追踪法及通过数值模拟,对悬栅消能工和传统SAF型消能效果、流态分布等方面进行对比研究,在此基础上进一步分析了悬栅消力池内流场流态、紊动能分布等水力特性,揭示出悬栅消能工能够应用于底流消力池,并提高低弗氏数水跃消能效率、改善出池流速分布的机理,为今后采用数学模型设计和优化此类工程提供了较好的参考依据。     

高拱坝深潭型水垫塘数值模拟研究

高拱坝工程为满足下泄水舌的挑距和淹没水跃长度的要求,水垫塘往往较长,而在水垫塘消能过程中实际参与进来的水体并不多,为此提出一种长度较小且能够集中消能的深潭水垫塘.以溪洛渡水电站为研究对象,采用RNGk-ε三维紊流数学模型对八深孔泄洪工况下反拱和深潭水垫塘进行数值模拟研究,首先把反拱水垫塘的流速及拱底板压强的计算值与相应模型实测值进行了对比验证,再对两种水垫塘塘内的水流流态、近壁流速、壁面压强分布特征以及消能率进行详细分析,结果发现在反拱水垫塘内,下泄水体的巨大能量主要通过淹没射流的紊动扩散和淹没水跃的作用来消除;深潭水垫塘内水体消能主要依靠贴壁流在边壁作用下返回深潭不断紊动耗散的过程;两种水垫塘底板最大冲击压强分别为8.64 mH_2O和11.62 mH_2O,二道坝顶平均出流流速分别为8.52 m/s和5.34 m/s,消能率分别为90.25%和92.25%.     

跌扩型底流消能水力特性的数值模拟研究

多股跌扩型底流消能是一种新型消能方式,消力池内紊流特性复杂。本文对多股跌扩型底流消能工建立了三维紊流数学模型,采用非均匀结构网格技术对模型进行网格划分,利用RNGk-ε紊流模型和VOF自由表面追踪法对其进行高精度数值计算,得到了消力池内水流的水力特性:当表孔和中孔联合泄流时,消力池后段的临底流速较低,流速梯度改变较大,消力池底板及跌坎附近形成了强度和尺度各异的游离性和间歇性漩涡,紊动能消逝迅速。由此可见,此种消能工的消能效果显著,能有效解决高水头、大单宽流量消力池水力学指标过高的水力问题。     

大单宽流量岸边溢洪道水力特性三维数值模拟

采用κ~ε双方程紊流模型模拟了带掺气槽岸边溢洪道具有大曲率水气交界面的水流流场,给出了溢洪道溢流堰、泄槽及挑流鼻坎的压力分布、流速分布等水力特性并对掺气槽掺气特性进行了定性分析.其中部分结果与模型试验结果吻合良好.对连续式和差动式两种不同坎型挑流鼻坎消能效果进行对比,给出各自预挖坑底板紊动能分布,结果表明多股水舌消能效果优于单股水舌,可为挑流坎型优化设计提供参考.     

压力筛内部纸浆悬浮液流场的数值模拟

为了克服废纸浆压力筛筛浆过程中孔、缝堵塞问题,在分析测试废纸浆在不同浓度下黏度的等流体特性的基础上,通过Unigraphics NX(UG)软件对压力筛内部流场建立模型,运用计算流体动力学软件(ICEM CFD)和FLUENT软件对压力筛内部纸浆悬浮液流场进行数值模拟,得到了压力筛内部筛浆区流场的压力、湍流强度和流速的分布。结果表明:对于常用典型代表性的浆料和结构特征以及运行参数的压力筛,波纹筛板湍流强度最高为306%,而筛孔内湍流强度最高为128%;筛孔进口处最大流速为8.16 m/s,出口处最大流速为3.5 m/s,平均流速约为1.2 m/s;筛框处旋翼头部静压力最大约为1.8×105Pa,旋翼尾部静压力最小约为6.92×104Pa。     

天然气水合物开采管道水力提升数值仿真分析

针对天然气水合物深海开采系统中管道的水力输送过程分析以及参数选择等问题,提出此系统的垂直提升硬管中管径、浆体流速、矿物密度、颗粒粒径和体积分数各参数及其范围,列出14种方案并以上述参数为依据划分为4组,基于FLUENT软件中的Eulerian模型,采用SIMPLE算法和标准k-ε湍流模型对上述方案进行数值仿真和分析。研究结果表明:颗粒在垂直管道入口附近处体积分数高,往出口方向体积分数降低,且颗粒向中心聚集;浆体流速为中心区域大,略大于浆体进口流速,管壁附近小,接近于0 m/s;由压力损失、阻力损失与效率的关系,结合仿真数据分析得到的最优方案是管径为300 mm、浆体流速为1.65 m/s、矿物密度为1 190 kg/m~3、颗粒粒径为10 mm、体积分数为25%;在一定范围内,管径大、流速低、矿物密度小、颗粒粒径小、体积分数高对于天然气水合物管道水力提升有利,矿物密度对输送系统影响最大、颗粒粒径对输送系统影响最小,对工况的选取提供理论依据。     

数值模拟法与传统水力学法在导流围堰设计中的联合应用

水利水电工程施工大多选择围堰隔离河道水流来创造干地作业的条件,导流围堰的修筑关系到主体工程的施工是否能顺利展开.通过对雅口水利枢纽坝址区气象、水文和地质条件的分析研究,采用水动力学数值模拟法建立了流量与围堰的水动力数值模型,在流量为13 500m3/s、3 980m3/s、1 940m3/s 3种不同流量下,对一期导流围堰分别进行水力计算;获得了3种不同流量下,围堰处的上下游水位、进出口流速以及各断面的最大流速;并采用经验水力学法对计算结果进行了复核,从而得出了导流围堰设计的各项参数,并设计了导流围堰的断面形式.通过数值模拟法计算,使得导流计算过程更简便,结果更准确,设计更合理.     

某电站进水口体型优化水力学试验研究

文章采用1∶30水工模型试验,研究了某电站进水口前流态、漩涡特性、进口段水头损失、沿程时均压力特性及过栅流速等。试验结果表明:在电站正常运行库水位范围内,进水口前未出现影响机组正常运行的有害漩涡,进水口及拦污栅结构体等设计合理;拦污栅结构体至进口渐变段末端的水力损失系数为0.122,在机组引水流量为900m3/s条件下,进口断面的局部水头损失为0.246m;进水口有压管段顶面和侧面的时均压力梯度均较小,检修门井及快速闸门井内的水面波动最大值为0.09m,说明有压进口段的体型较好;拦污栅断面的流速及分布特性随机组运行时库水位的变化而变化,最大过栅流速约为2.1m/s。     

竖流式沉淀池内流动与污泥沉积特性模拟

竖流式沉淀池内的流动特性和泥水分布规律是结构、工艺设计的关键,然而其内部的流场难以通过常规的实验手段获得,且物理模型花费较大.因此建立了竖流式沉淀池内泥水分离的混合物模型,应用计算机流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)软件对其流场和浓度场进行三维数值模拟.竖流式沉淀池内存在流动漩涡,造成靠近进水管外侧和沉降筒体内侧的流速相对较高.在高度z=2m处的沉降筒体中部流场较好,是泥水重要的沉降分离区域.随着入口流速的增大,沉淀池内受到的扰动增大,导致处理效果变差,当流速从0.01 m/s增加到0.03 m/s的过程中,水出口的污泥去除率从96.35％下降到89.17％.大粒径的污泥颗粒在泥斗中产生了更好的沉积效果,当污泥粒径从50μm增加到200μm的过程中,污泥去除率从31.93％升高到99.92％.由此可知,采用数值模拟方法能够很好的计算得到不同工艺参数下沉淀池内的泥水分布情况和流场规律,从而为工程设计提供参数依据.     

钨穿甲弹对超音速反舰导弹发动机舱的毁伤效应

 为研究钨穿甲弹对超音速反舰导弹发动机舱的毁伤效应,采用ANSYS/LS-DYNA软件,对钨穿甲弹以1000m/s着靶速度,侵彻速度为730m/s的来袭超音速反舰导弹的发动机舱进行了数值模拟,获得钨穿甲弹入射角、偏轴距离对毁伤超音速反舰导弹发动机舱的影响规律。计算结果表明,在钨穿甲弹能侵入发动机的前提下,偏轴距离相同的各工况,入射角较小的工况,钨穿甲弹侵入发动机后的剩余质量较大,但剩余速度较小;入射角相同的各工况,偏轴距离越小,钨穿甲弹侵入发动机后的剩余质量、剩余速度和剩余动能均越大。以钨穿甲弹剩余动能为毁伤能力评估标准,综合来看,在较小的偏轴距离、能侵入发动机的前提下,入射角较小的钨穿甲弹对来袭超音速反舰导弹的发动机舱毁伤效果较好。     

用直接接触式膜蒸馏浓缩中药提取液

对直接接触式膜蒸馏浓缩中药提取液进行了研究,分析了浓缩过程跨膜通量下降的原因,并考察了药液温度和流速对跨膜通量的影响。结果表明:由提取液中固体颗粒等污染物造成的膜污染以及膜表面处水蒸汽压下降是浓缩过程跨膜通量下降的主要原因。在浓缩倍数较低(1.0～4.0)的范围内,通量下降主要是由膜污染造成的;在浓缩倍数较高（4.0～16.0）的范围内,膜表面处水蒸汽下降也显示其影响。药液温度从46℃升高到60℃,通量从13.88kg/(m²·h)升高到30.82kg/(m²·h)。药液流速从0.074m/s升高到0.130m/s,通量从24.14kg/(m²·h)升高到31.22kg/(m²·h)。     

输水工程中压力管道出口水流消能方法的试验研究

结合万家寨引黄输水工程,对压力管道出口高速水流的消能问题进行了试验研究.在无控制自由泄放的情况下,试验确定了多喷孔射流消能竖管周边的开孔大小、布置方式及建筑物体形尺寸.在落差大、流量变幅也大的情况下,确定支管长度为26 m,糙率为0.011 4时,两支管同时过水满足流量10.02 m3/s,且其消能率达到90%以上,保证了有压管流输水的运行条件和水流平稳进入西干渠.所得结论与实际运行情况相符.     

压水堆核电站蒸汽发生器二次侧两相流流场特性模拟

压水堆核电站蒸汽发生器中二次侧流体流过传热管束会使管束发生振动,可能造成管束损坏,引发事故.蒸汽发生器尺寸较大,内部结构复杂,难以进行全尺寸实验,数值模拟方法是研究蒸汽发生器热工水力特性的常用方法.现有研究以设计工况下的热工水力参数为主,而对于不同冷热端给水比条件、或存在防振条偏移时传热管上流体力的分布规律考虑不足.为分析流场状态与流体力分布规律,使用FLUENT软件及多孔介质模型研究蒸汽发生器二次侧流场特性,通过分布式阻力表征流域内管束、支撑板、防振条等组件的影响,将一次侧对二次侧热交换能量以边界条件形式加入到模型中,基于零方程湍流模型,并结合两相漂移流模型计算得到了流场的温度、空泡率、速度、横流动能的分布规律,同时研究了冷热端给水比与防振条偏移对流体力分布的影响.结果表明:在设计工况下,轴向高度3 m时二次侧流体均升温至沸点并保持稳定,空泡率随换热过程的进行而逐渐增加,在二次侧出口处平均值为90%;流体速度与空泡率、流动方向及流场结构有关,热端平均流速呈现在直管段增加、弯管段降低的趋势,在8.8 m高度达到最大值5.36 m/s,而冷端流速在轴向高度2.2 m前略有降低,随后与热端趋势相同,8.8 m高度处为最大值3.56 m/s;流体对管束的作用在二次侧入口区域与弯管区域较明显,而在直管段几乎没有影响;冷热端给水比例的变化仅对入口处流体动能分布影响较大;防振条偏移会对局部流体力分布造成影响,两组防振条之间流速和动能将平滑变化.     

基于FDS格式的长江镇扬段水沙数值仿真

基于镇扬江段河势变化剧烈、感潮特性明显、水沙运动复杂的特征,建立了二维非稳态水流、水质及泥沙耦合数学模型,在有限体积法框架下应用通量差分裂(FDS)格式计算模型中各跨单元边界的数值通量,基于实测数据对模型进行了率定验证.运用所建模型对洪季、枯季镇扬江段水沙过程进行数值仿真,结果表明:(1)镇扬江段汛期流速约为0.72-1.98m/s,枯水期流速约为0.33-1.24m/s,汛期平均流速约比枯水期增加了40.6%;(2)汛期水动力条件较好,沿河排污口最大污染带长度约1550m,枯水期总污染带长度约2800m,比汛期增加了46.2%;(3)汛期镇扬江段平均含沙量为0.12-0.20kg/m3,枯水期平均含沙量为0.07-0.11kg/m3,汛期含沙量较枯水期增加了40%;汛期,泥沙浓度从上游至下游沿河长方向基本呈现递减趋势;枯水期,由于径流、潮流双重作用明显,泥沙浓度沿程变化较小.