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%.     

高坝下游水垫塘中三种典型流态的数值模拟

用垂向二维k-ε紊流模型数值模拟了高坝下游水垫塘流场结构,并与实测流速值进行了比较.研究结果表明,用该模型及相应的k-ε紊流模型边界条件模拟是可行的.采用该模型分别模拟了下游水深降低、水舌入水角变化时水垫塘内的流场结构,得出了自由冲击射流、淹没冲击射流和面流三种典型流态,描绘了三种流态下水垫塘流体质点的迹线特征,给出了流速、动水压差、紊动能和耗散率的分布规律.研究结果表明,水垫塘应避免出现自由冲击射流流态,可以通过加大水垫深度、减小入水角、控制流态来实现淹没冲击射流或面流流态,以降低底板动水压差、紊动能和耗散率,保证水垫塘的安全运行.     

岔管流动的数值模拟

应用k-ε模型和控制体积法建立了三维紊流数学模型,根据工程需要对某抽水蓄能电站的引水岔管和尾水岔管的不同体型进行了流态、流速、压力分布的数值模拟研究,在原方案计算结果的基础上提出了修改方案并进行了对比计算,给出了不同工况的水流流态、流速分布和压力分布以及相应的水头损失系数.计算结果表明,修改方案流态有明显改善,水头损失系数明显减小.     

水平多股淹没射流理论及试验研究

针对水利水电工程中高水头、大单宽流量泄洪消能问题,提出多股多层水平淹没射流新型消能型式.对这种复杂三元混合淹没水跃进行了理论分析,推导出跃前水深和跃后水深之比和消能率计算公式.对其流动的水力特性和消能机理进行了分析和试验研究,测量了消力池内压力分布规律、水面形态、流速分布和脉动压力特性.分析了出口体型参数对流态稳定性和水力特性的影响,获得体型参数与水力要素之间的关系以及变化规律.分析了多股多层水平淹没射流消能机理,尤其是强剪切消能和小尺度漩涡消能的效率和机制.研究表明,它是一种流态稳定、适应性强、低雾化、高消能率的新型消能方式,能够减轻工程建设给环境带来的不利影响,有利于工程应用.研究成果为实际工程设计提供了科学理论依据.     

高拱坝下游水垫塘内流场的数值模拟

运用带自由表面的三维k-ε气液两相紊流数学模型,采用质量分配的方法概化由于设有齿坎且高程不同的泄洪表孔而形成的复杂水舌形态,模拟了某水利枢纽水垫塘内斜向淹没冲击射流形成的气液两相流场,计算得到的底板时均压力分布与物理模型试验实测结果符合较好.通过数值模拟给出了水垫塘内斜向淹没冲击射流流态和纵横断面上的水气体积分数分布.数学模型弥补了模型试验对水垫塘内部水流流态及有关重要水力学参数难以观测与测量的不足,有助于分析判断泄水建筑物布置的合理性与水垫塘的消能效果.     

换热器壳侧紊流流动特性的数值研究

根据体积多孔度、表面渗透度的概念 ,采用分布阻力方法建立了换热器壳侧紊流流动的三维数值模型 ,用修正的 κ- ε模型考虑管束对紊流的产生和耗散的影响 ,用壁面函数法处理壳壁和折流板的壁面效应 .对一管壳式换热器模型的壳侧流动特性进行了数值模拟 ,计算的压力分布与试验值进行了对比 ,并研究了不同紊流模型对计算结果的影响 .结果表明 ,计算的压力分布和试验值吻合良好 ,该模型能有效地模拟管壳式换热器壳侧流动特性 .     

垂下液膜式水平管蒸发器的换热特性

采用层流和紊流两种模型对一水平管外垂下液膜的强制对流蒸发换热性能进行了数值计算．对管顶部的冲击滞止区和管侧部的自由绕流区分别采用不同的坐标变换方法进行微分方程组简化．根据滞止区计算结果确定自由绕流区的初始边界条件,排除了以前类似计算中人为假定计算边界条件的缺陷．紊流计算采用壁面函数法．数值计算结果确认了液膜蒸发量对换热系数的影响可以忽略,液膜内温度分布不能近似为线性分布．计算结果和作者的实验数据及其他研究的实验数据进行了比较,实验值处于层流解和紊流解之间,更靠近紊流解．对水和Ｒ１１两种工质,紊流解和实验值吻合得很好     

不可压缩流体的有压槽道紊流

本文应用管流与有压槽道流的力学相似性,从理论上推导出不可压缩流体有压槽道紊流的以下3个关系式;(1)紊流时均速度的对数分布模型与断面平均流速的关系.(2)紊流光滑壁层流边层的厚度与速度计算公式.(3)阻力系数公式.以上结果已与 Dean 的工作进行了比较,在已知的实验范围内优于 Dean 本人提出的经验公式.     

回流流动及各向异性剪切紊流的数值模拟

本文对两类复杂紊流——存在回流区的单边突扩流动和强各向异性的剪切紊流进行了数值模拟．利用简化的紊流应力代数模型闭合紊流运动方程组进行计算，将计算结果与实测结果及k-ε紊流模型的计算结果作了比较．通过计算和对紊流模型进行结构分析可见，本文的模型能较好地模拟回流和紊流的各向异性特征，而k-ε模型不能．     

明渠减速流下床面摩阻流速研究

针对明渠非均匀流,采用立面二维数值试验的方法,并将雷诺应力垂线分布计算结果延伸至床面,以此计算减速流情况下床面摩阻流速,得到了不同壅水下床面摩阻流速的计算结果.研究表明:在壅水情况下,当流量和底坡相同时,壅水段摩阻流速随水深的增加而逐渐减小;在相同水深和底坡下,摩阻流速随流量的增加而增大;在相同流量和水深下,摩阻流速随底坡的增大而增大.为满足工程中计算的需要,根据数值试验结果拟合得到了明渠水流壅水情况下床面摩阻流速的实用计算式.     

U形渠道临界水深、弗劳德数和水跃的研究

提出了U形渠道临界水深、弗劳德数和水跃的计算方法。给出了U形渠道临界水深的迭代计算公式和弗劳德数的显式计算公式,推导出了U形渠道的水跃方程,与文献[7]的实测数据进行了对比分析,验证了公式的可靠性。     

液压系统自动建模与仿真软件的研制

基于液压大系统“灰箱”建模原理与方法 ,研究开发了适用于液压大系统的自动建模与仿真软件。本文重点介绍了“灰箱”建模法的特点并应用研究软件对 15KJ电液锤液压系统进行了仿真计算     

能量速度与相速之间关系的讨论

Brillouin于 1 932年引出了能量传输速度的概念。 1 947年Rytov在波包群速度概念的基础上 ,证明了在无吸收介质中群速度与能量传播速度之间的关系。本文对能量传播速度公式中的平均能量密度及能量平均通量密度用瞬时物理量来代替 ,从而把能量速度的概念推广到包括静电磁场在内的普遍情况。另一方面 ,考虑到电场和磁场是电磁张量的不同分量 ,认为存在这样一种坐标变换 :即原坐标系中有能量速度 ,而在新坐标系中无能量速度。本文具体地找到了这样一种变换 ,且证明了在无吸收介质中上述新旧两个坐标系之间的相对速度就是能量速度。由能量速度与相速之间的关系说明了能量速度是区别于相速、群速的更一般的物理概念。对于它的深入研究有助于了解各种复杂电磁场问题中能量的传输机理     

以上界三角形速度场计算线材精轧温升

提出了以上界三角形速度场计算高速线材精轧阶段温升的方法.由于线材精轧轧制速度快,散热条件差,可认为轧制过程是绝热的,线材轧制的外功几乎全部转换为热,即线材温升的热量全部来自于变形区内三角形速度场速度不连续线所做的剪切功.三角形速度场确定的总上界功率最小上界值决定了变形区内全部温升的总和,以此原理推导出高速线材精轧机组温升计算公式并对6.5 mm线材精轧进行了实际温升计算与测量,计算结果与测量结果的比较表明,计算的理论温升高于实际测量温升约11%,线材精轧入口温度越低,累计温升越大.     

双向多尺度LSTM的短时温度预测

针对长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)无法有效提取温度数据的多尺度特征和反向特征的问题,该文提出了一种双向多尺度跳跃LSTM(bidirectional multi-scale skip long short-term memory,BMS-LSTM)的短时温度预测模型.该模型以LSTM为核心单元,采用双向深层网络结构提取反向特征; 根据温度数据日的周期性设置跳跃连接数提取多尺度特征,解决了指数增长的跳跃连接数后期跳跃尺度过大的问题; 最后使用全连接层进行特征融合预测.实验结果表明:BMS-LSTM成功提取了温度数据的多尺度特征和反向特征,预测均值误差仅为3.890,优于对比模型,是一种有效的短时温度预测模型.     

身矩形槽道内的气体滑移流动和传热分析

分析了微矩形槽道内的不可气体在速度滑移和温度跳跃区的流动和传热过程。在分析模型中,假定矩形槽道底面定热流加热,其余三面绝热,流动和换热均匀为充分发展,且处于滑移流动区。给出了截面上速度分布和温度分布的分析解,讨论了阻力持性和换热特性,并与实验结果作了比较。二者的吻合程序表明,在一定的Knudsen数范围内,传统的Navier-Stokes方程和能量方程在考虑了速度滑移和温度跳跃影响后可以描述微矩形槽道内的气体流动和传热过程。     

颗粒尺度下砂岩出砂几何约束条件及毛管束模型

 对疏松砂岩油藏开发过程中的出砂问题进行研究,从细观尺度分析了砂岩颗粒的受力状态,明确了出砂的力学条件,提出砂岩出砂的3 个几何约束条件。分析认为,力学条件及几何条件同时约束砂粒的运移。将地层孔隙用毛管束表示,通过分析流体和砂岩颗粒在毛管束中的受力情况,建立了砂岩出砂毛管束模型,推导出砂岩出砂临界流速公式。研究表明,砂粒直径、孔隙度和岩石颗粒摩擦角增大,临界流速增大;流体黏度增大,临界流速变小。建立的临界流速公式与实验结果对比,平均误差为15.9%,符合较好。砂岩出砂几何约束条件丰富了砂岩出砂机理,建立的临界流速公式简明,可方便应用于矿场实践。     

汽车后视镜流场的试验与数值研究

为了解后视镜的流场特性,以风洞试验与数值计算为手段,对后视镜的压力场与速度场进行测量和计算,并将测量结果与数值计算结果进行比较,评估两者的异同.数值计算结果与风洞试验结果的平均静压与速度、脉动速度的标准差以及自功率谱密度的一致性表明,所使用的数值计算方法具有可行性,能够较为真实地反映出后视镜的流场特性,数值计算结果与风洞试验结果能够相互验证.试验段近地面的平均静压变化反映出后视镜尾部的流动状态,能量耗散最为强烈的地方出现在远离后视镜约1.0倍后视镜直径的区域,回流区域影响范围可达3.0倍后视镜直径.后视镜尾部带有强烈的脉动速度,剪切层侧的速度脉动比其他区域大,个别测点脉动速度标准差数值可达来流速度的0.3倍,它们的主要能量集中在中低频区域.     

用附加动量理论分析掺气分流墩与消力池联合消能机理

用“附加动量”水跃理论分析了掺气分流墩与消力池联合应用的消能机理，用跃后水深、水跃长度或单宽水跃容积减少的百分数，估计新增消能设施的经济效益。并通过模型试验验证了消能的理论分析，计算了新增设施的消能量、跃后水深、水跃长度或单宽水跃容积减少的百分数。结果表明，采用掺气分流墩设施，可增进消力池的消能作用，并取得显著的经济效益，达到了附加动量水跃理论所预期的效果。     

轴流式潜水泵的水力设计

通过对几台轴流式潜水泵的设计过程进行总结,提出了适用于这类泵的吸入流道结构型式、轴面速度分布和环量分布等与水力设计有关的几个问题的处理方法.