水气二相流特点及其单流体模型

对水利工程中掺气水流的数值模拟进行了研究。从建立数学模型的角度 ,详细分析了水利工程中水气二相流的特点 ,从理论上证明 :对工程中常见的稀疏气泡流 ,单流体模型是可行的 ;且水气混合物的连续方程和动量方程可分别用水相的连续方程和动量方程代替 ,以使问题简化。提出了掺气水流的单流体模型 ,并用该模型对水垫塘掺气水流进行了计算 ,掺气浓度计算值与实测值基本吻合 ,表明本文提出的单流体模型可用于水垫塘水气二相流的数值模拟     

垂向分布粘性流中的球体绕流解

研究Ｓｔｏｋｅｓ球体在具有垂向分布粘性流中的球体绕流解，求得球面的应力分布，可用于泥沙运动力学中三维水流挟沙问题的研究。     

弯道对拱坝闸孔挑流的泄流影响试验研究

采用流场实时测量系统和直读式流速仪等测量手段对弯道处拱坝挑流泄流的水流特性进行了系统的试验研究,较为精确地测量了弯道和闸孔及其挑流水流的流场和时均压强水头等,通过对三种不同工况的试验数据进行分析,探讨了弯道水流对闸孔泄流影响的相关规律和特征,为深入分析建闸后弯道水流对闸孔泄流的影响研究提供借鉴。     

下渗对坡面流流态及动力学参数的影响

为了从理论上分析下渗对坡面流动力学参数的影响,基于Navier-Stokes方程,将坡面流视为平面恒定非均匀流,考虑下渗影响,推导出缓坡、陡坡坡面流断面速度分布,探讨了下渗对坡面流雷诺数、沿程阻力系数、滚波波幅的影响,基于相关试验资料对理论分析结果进行了验证.结果表明,缓坡条件下,坡面流流态为层流或紊流,试验过程中有必要区分初渗、稳渗阶段判别流态.陡坡条件下,不同下渗率及水深的坡面流均为紊流.坡面流黏性影响厚度接近水深或大于水深,不会产生类似明渠水流的外流势流区域.同时考虑下渗和表面张力作用,沿程阻力系数与雷诺数成反比.滚波波幅受水深、下渗率、水流运动黏度、坡降的影响.该研究结论为坡面水流运动特性试验研究及理论分析奠定了一定基础.     

单裂隙承压无压条件下达西-非达西流演变试验研究

基岩裂隙水运移机理研究对基岩裂隙水水害防治以及污染修复具有重要意义。本文设计了由水泥和粗砂（粒径介于1 mm～2 mm之间）制成的单裂隙模型,开展了承压无压条件下基岩裂隙水流试验和拟合研究,讨论了水力梯度和流速之间的关系以及Forchheimer公式中线性项和非线性项的比例变化。得出主要结论如下：（1）实验条件下的水流呈非达西流,用Forchheimer公式可以较好地拟合水力梯度和流速的关系,且拟合精度较高。（2）随着离出水口距离的增加,水流从非达西流向达西流演变,当距离足够远时可以将水流视为达西流。（3）在水流从非达西流向达西流演变过程中,临界雷诺数随着隙宽的增加逐渐减小。     

坝身双层洩水孔的洩流能力

本文研究了某重力坝坝身双层孔洩水和闸门井串水的水流特点,着重分析了它们对 洩流能力的影响。文中提出了双层孔洩水和闸门井串水时洩水孔洩流能力的计算原则及 方法,列出了流量的计算公式,并给出了一些经验系数值。     

由风速和压强过程线解读水平旋流泄洪洞流态

以公伯峡水电站为例,结合原型风速和压强随闸门开度的变化过程线,研究了水平旋流泄洪洞的水流流态.试验系统描述了堰闸段、竖井段、起旋室、旋流洞、水垫塘及退水洞内水流流态的变化过程,对比分析了原型和模型流态的差异.结果表明受收缩环的影响,在闸门开启过程中堰闸段水流由堰流向淹没流过渡,竖井段水流由自由跌落向淹没射流过渡;旋流洞内流态的变化大致可分为五个阶段,经历由自由流向吸吮流转变的过程;水垫塘调整流态的作用显著,退水洞内水流呈稳定的明流流态.     

基于有限体积法的群桩绕流数值模拟

采用COASTALTOOL软件中的潮流模块TC2D模拟桩绕流问题.通过细网格模型,研究桩断面形状、排列方式及桩心距对桩周围水流的影响.对于粗网格模型中群桩阻力的影响,提出基于阻力叠加原理的有桩单元水流阻力计算公式;对于单元中群桩的遮流作用,提出遮流面积折合水深的概化方法.这种概化计算模式中考虑了群桩中各桩间的遮蔽影响.     

用PVDF传感器测量梁的振动功率流

研究了在远场条件下 ,用PVDF传感器测量梁结构的振动功率流 用传统的加速度传感器测量振动功率流时 ,不可避免地产生有限差分误差 ,而PVDF薄膜是一种新型压电高分子材料 ,根据其积分特性 ,在理论上设计出两种形状的PVDF传感器 ,用它们测量功率流 ,结果中不会出现有限差分误差 通过试验验证了PVDF传感器测量梁结构振动功率流是可行的 试验结果表明 :PVDF传感器不仅可以精确地测量功率流 ,而且还能够直接得到测量点的位移 (速度或加速度 )、弯矩和剪力     

环状流在球阀开启过程的变化状况研究

环状流在阀门中流动结构变化研究对石油水环运输稳定性具有重要意义.采用VOF模型与CSF模型进行油水环状流在球阀内的流动模拟,并进行了实验验证,模拟结果与实验结果一致.比较不同阀门开度对后续管道中环状流油水体积分数的影响,结果表明,球阀的开度越小,阀后管道内油相容易被高速水流切割成小颗粒,不利于后续石油运输.进一步比较了油水环状流与石油单相流通过阀门的压力损失,得到油水环状流输送石油的效率提升效果.     

流函数在水文地质中的应用

流函数是势函数即水头之外用来描述地下水流场的另一类函数。同水头相比,流函数能直接给出地下水流线的位置,因而在研究地下水污染问题时特别有用。本文着重从应用角度介绍了有关流函数的基本理论,并用实例说明如何从水头解在得流函数的解析解,及如何应用水头解的算法和计算机程序来计算非均用各向异性介质中的流函数分布。本文对三维流中的流函数也作了适当的讨论。     

沉沙池中水流流态的数值模拟

沉沙池是一种重要的泥沙处理工程措施,其作用是沉降含沙水流中有害粒径的泥沙。本文应用FLUENT软件对沉沙池的水流流动进行数值模拟研究,给出了沉沙池内水流运动的控制方程,采用Fluent软件求解了k—ε双方程模型,并使用Simple算法对速度进行了解耦,并采用湍流模型对沉沙池内的水流流态进行了模拟。结果表明：池内整个流场存在两个水流“死水区”,分别位于调流板进水口和出水溢流堰的下方,且都存在一个较大的回流区,水流缓慢;而沉淀区域的流态较稳定,有利于泥沙的沉降。     

有局部边界约束的明流泄洪洞泄流特异性与水力优化研究

洞、渠组合的长距离泄流系统受大变幅水流条件的影响和局部边界约束,沿程流态十分复杂,因此泄流安全的研究十分必要.本文借助水力模拟与理论分析,以某抽水蓄能电站水库的明流泄洪洞、渠系统为例,研究了复杂运用条件的水力学特性.研究发现泄流过程中因边界约束出现的洞内水跃使跃后缓流段过流能力剧减,引发洞内壅塞与明渠局部漫溢,出现水深随流量改变呈驼峰曲线变化的泄流特异性.这一特异性与洞内水跃的发生及当地的流态转换密切相关,表现为无量纲水深与水流Fr的波状函数关系,相应的特征水深则随Fr呈幂函数规律变化.针对洞内水跃引发的洞内壅塞与明渠漫溢等泄流安全问题,基于多目标、多约束条件的水力优化分析,提出了"抑制洞内水跃强度、控制流量与流态协调性"的泄流运行原则,并据此对泄流系统进行了体型优化.试验研究表明通过调整泄流系统的纵横剖面,协调各段的泄流能力与流态,控制特殊部位的水流能量关系,可以有效削弱、控制局部边界约束引发的泄流特异性,消除洞内壅塞,满足复杂水流条件下的泄流安全要求.     

鱼塘水电站引水渠流态优化研究

本试验以改善鱼塘水电站溢洪道引水渠流态为目的。通过模型试验和数值模拟,研究分析影响水流流态的因素。通过试验和数值模拟,对溢流孔、进水渠设置弯道及导墙进行优化,达到改善引水渠内水流的流态,主要是改变溢流孔的个数,由四孔改为三孔,泄流能力得到一定的提高;然后进行弯道优化,通过数值模拟进行平面分析计算,得到更大的弯道半径有利于进水渠的进流,水流流态也随着更加平稳、顺畅。最后对导墙进行优化,由于鱼塘水电站地形的限制,放弃了导墙头部曲线和长度的优化,然后在导墙上开竖孔来平衡导墙两侧水位差,使导墙一侧发生的立轴漩涡减轻,相对改善了进口水流条件,表面水面平稳。试验最终选择一种兼顾水力条件最优、造价最低的优化方案。     

论挟沙明流中流速的分布规律问题

研究挟沙明流的流速分布规律,是探索河床演变规律的基本课题之一。在理论和实践上均具有现实意义。实践表明,挟沙明流中沿水深的流速分布近似满足半对数分布规律,在公式中,卡门系数K是一个重要因素。为了探索K值的变化规律,前人曾作了大量的研完工作[3、4、5、8、11、12、13、15]。影响K值变化的因素,除了悬移质的殊性之外,还应有水流的底态条件。在研究悬移质特性对K值的变化规律影响时,从试验条件的控制方面,前人曾想过办法,意图摆脱水流底态的影响,但是由于问题非常复杂,并没有完全达到研究者的目的。本文针对存在的问题,提出一个不舍悬移质的动床模型,从挟沙明流中的能量平衡出发,结合泥沙的有效悬浮功原理[7,22],通过分析得出,挟沙明流主流区卡门系数k值的计算公式为■式中,等号右边第一项,代表水流底态条件对k值的影响部分;第二项是悬移质特性对k值的影响部分。结合现有的室内和天然河渠资料分析,初步确定了系数β_*和k_w值的变化规律和数值计算问题。     

南海北部陆坡浅水流评估及深水钻井防治措施

深水钻井中浅水流喷发会对钻井安全产生很大影响。基于浅水流形成条件和南海北部陆坡古地质环境,分析目标海域浅水流的潜在风险。根据水流喷出速率,量化浅水流危害等级,并建立能够模拟浅水流上喷或喷出的数值模拟模型,分析典型工况下浅水流层压力、规模、孔渗条件及钻速对其喷出过程的影响。结果表明:南海北部陆坡存在浅水流形成的古地质条件,但浅水流规模较小,压力系数较低,钻进中发生严重浅水流危害的概率较低;浅水流喷发具有"压力-水瞬间高速释放"的特征;采用低密度海水钻井液钻进,钻遇压力系数为1.15的浅水流层,钻井液停止循环后水流喷出速率和喷出量可达70 m~3/h和60 m~3;浅水流喷发主要受其压力和规模控制。针对目标海域浅水流特征及控制因素,提出了控制浅水流危害的措施。     

甬江感潮河流桥梁群对防洪纳潮累积影响

为研究甬江上已建桥梁群对感潮河流防洪纳潮的影响,基于Delft3D模型建立甬江二维非恒定流数学模型,并使用原型观测数据对模型进行参数率定和验证,开展典型洪水和潮汐条件下桥梁群对甬江水流流速和水位的影响研究。结果表明：单个桥梁对水流的影响主要在桥位近区,桥梁群因影响范围的重叠而产生累积影响,且增加了对水流的影响范围。通过不同洪水和潮汐条件下桥梁群对水流的影响比较发现,大潮小洪情况下桥梁群对甬江水流的影响较大洪小潮情况下更为明显。     

船舶伴流与船舶驾驶关系研究

航运技术在我国近年来的发展中占据非常重要的位置,不少高校专门开设了航海技术的专业课程。船舶驾驶不仅依靠技术和技能,还会受到水流速度、水流方向、风向等自然原因的影响。船舶伴流也会在一定程度上影响船舶的驾驶速度等,二者之间具有一定相互作用,提高船舶驾驶技术,不仅要从技术方面提高,还要从影响因素中做出一些改变。该文主要从船舶驾驶和船舶伴流的基本概念出发,研究二者之间的关系,以便于做出相应的加强和创新。     

水力机械内部流态油膜法流动可视化

本文就油膜法的应用,对油膜性态和涂料配方进行了试验研究,给出了两种可用于水力机械内部流态显示的聚胺脂涂料配方。应用该配方涂料,得到了水轮机导叶端面间隙内水流流态的油膜图象和离心泵叶轮流道内的水流相对运动迹线。     

电场作用下的十字流膜滤

针对普通十字流膜滤中膜滤速率低下问题，试验研究了附加电场下的十字流膜滤，实验观察了电泳迁移作用使膜面沉积层消失的过程及膜滤中的电渗流，并从理论上分析了附加电场使膜滤速率大幅度提高的机理。