淹没水跃的数值模型

在许多含有回流的复杂紊流剪切流中,回流区域内的平均流速分布与紊流脉动强度分布具有某种共同特性.根据这一性质,作者提出回流副层概念.同时,作者还把淹没水跃视为在逆压梯度下含有表面旋滚的附壁紊射流,利用回流副层概念,建立了一个淹没水跃的模型,提出其相似的断面流速分布式;并用流带积分进行数值计算,从而得到速度、长度比尺的沿程变化.数值计算结果与实验结果进行了比较,符合较好.     

热横向射流近壁区的温度变化研究

当热射流垂直入射至主流中时,在宽广的射流与主流流速比（0．01－1．50）下,测量了3个不同区域内近壁区流体的温度随流速比变化,通过实验发现,横向射流的流动形式复杂,不同区域近壁区流体的温度随流速比变化的情况不尽相同,在射流下游区,当流速比大于0．40以后,射流核心区已基本离开近壁处,在射流管出口处,低流速比时射流出口温度分布极不均匀,在射流管内,低流速比时存在有紊动区,当流速比大于0．05以后,射流管内温度已不受主流的.影响。     

PIV技术在水垫塘实验模型淹没射流中的应用

使用PIV技术对模型单股淹没射流流场进行了测量，得到流场的流态及其特征参数(等流函数线、涡量、湍动能)；对水工实验模型的典型流动进行了图像处理，并分析了测量结果。该测量结果可为数值模拟水垫塘流场及水垫塘的优化设计提供参考。     

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.     

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.     

附壁振荡射流元件频率范围的试验

对比了流量计射流元件、涡腔自激振荡射流元件和附壁振荡射流元件的结构和工作原理,其中附壁振荡射流元件具有振荡频率可调节的特点,为了将该元件应用到液气射流泵内,以振荡射流这种新的形式进行工作,对该射流元件产生的振荡射流频率范围进行了分析,由测量元件壁面压力脉动的方法获得附壁振荡频率.结果表明:射流元件在结构尺寸固定,工作压力一定时,信号水流量和信号水导管长度存在合适的范围使元件正常工作,当超出该范围时,射流元件的主射流散乱;当工作压力范围为200～450 kPa,信号水导管长度范围为300～1 000 mm,信号水流量范围为160～425 g.min-1时,获得的附壁振荡频率范围为0.8～2.7 Hz;提高附壁振荡频率方法之一是减小元件的结构尺寸.     

反拱水垫塘单底板块振动特性的理论分析与试验研究

对反拱水垫塘的单底板块振动进行了理论分析,提出了单底板块自由振动的最大位移公式、底板块振动分区及近壁流场的划分依据;得出反拱水垫塘底板块动力特性优于平底板块;得到反拱水垫塘单底板块振动位移的特性及特征量的沿程分布规律,提出单底板块振动沿程分为强振区和弱振区,对反拱水垫塘破坏机理的研究具有重要意义。     

压入式受限贴附射流流场特征及参数计算

掘进工作面压入式通风实际上是有限空间受限贴附射流通风。风流从圆形风筒射入掘进工作面空间形成射流区和回流区。根据流体射流理论,分析了压入式受限贴附射流通风射流产生过程及射流通风风流结构特征．由于受到巷道有限空间的限制,射流流场不能像自由贴附射流那样发展,形成了圆形贴附射流自由段、有限扩张段和收缩段。射流各段的长度与射流受限程度成反比。文中给出了射流各段长度及射流区和回流区断面平均流速和流量的计算模型。     

淹没磨料射流场模拟计算分析

通过对高压磨料射流的多相流模型的研究,数值模拟了淹没磨料射流流场与压力场.指出颗粒相速度分布始终小于水相速度的分布,颗粒相最大滞止压力普遍较水相增加100%以上.分析了淹没磨料射流流场与压力场随泵压、围压的变化规律.指出随着泵压增加,水相速度与颗粒相速度增加幅度相同;随围压的增加,水相速度与颗粒相速度减少幅度一致.     

自由淹没气体旋转射流速度场实验研究

为研究自由淹没气体旋转射流速度场规律,采用五孔探针对自行设计的旋流器形成的流场进行定量实验研究。测量4种不同旋流强度下的流场,计算得到了各分速度在不同截面上的量纲一分布图,并进行分析研究。结果证实:轴向速度分布在旋流器出口附近区域与旋流强度有关,在与射流轴心垂直的截面上呈"M"形分布,逐渐发展成"马鞍"状、正态分布,直至衰减到零;切向速度呈中心对称斜"S"状分布,不同截面上的最大值大致出现在同一量纲一半径处;径向速度在半径方向呈"~"形分布,比轴向速度和切向速度小1个数量级;轴向速度和切向速度沿轴向逐渐衰减,衰减随旋流强度增大而增快。     

泄洪洞出口扭曲斜切挑坎挑流数值模拟

采用RNGκ-ε湍流模型与VOF多相模型对扭曲斜切型挑坎进行水气两相流三维数值模拟,模拟了挑流水舌的空中形态,水舌挑距,水舌挑高,以及水舌速度分布、湍动能k与湍动能耗散率ε的分布情况.数值模拟成果与模型试验观测数据吻合良好,验证了该数值模拟方法的可靠性和合理性,可以为工程优化设计提供科学依据.     

淹没水射流锥形喷嘴的计算分析与试验比较

应用面元法对淹没水射流锥形喷嘴流动特性进行了简要的计算,并结合试验结果作了分析与比较,指出分析不同结构喷嘴内部及射流区域内的压力系数分布,可以得出喷嘴的收缩角α及圆柱段Ｌ与喷嘴冲蚀性能之间的关系,为对喷嘴的进一步研究提供了理论指导。     

淹没条件下星形喷嘴射流流动特点的模拟研究

为了优化钻头水功率配置,提高井眼净化效果,对新近引入石油工程中的星形喷嘴射流进行了模拟研究,建立了喷嘴射流流场的流动控制方程,采用有限体积法对其进行离散,结合Realizable k-ε模型对方程组进行求解,并将计算结果与圆形喷嘴射流的结果进行了对比。对比结果发现,淹没条件下喷嘴出口截面形状对射流的影响主要体现在射流的起始段,起始段内星形喷嘴射流流场较圆形喷嘴射流的要复杂。当喷距大于4倍喷嘴当量直径时,星形喷嘴最大、最小截面上轴向速度和湍动能的衰减趋势同圆形喷嘴的衰减趋势一致,两个截面上射流速度剖面满足自相似性。     

AOD炉用氧枪射流特性的数值模拟

在AOD转炉炼钢过程中,氧枪射流的行为对7台炼效果起着决定性的作用,研究氧枪射流的特性,可以为优化氧枪喷头和氧枪操作工艺提供理论基础。采用标准,κ-ε双方程模型,分析了喷孔倾角对AOD转炉用氧枪射流特性的影响规律。结果表明,在相同的滞止压力（1．2Mpa）下,喷孔倾角减小,射流沿氧枪轴线方向的速度增大,在距喷孔不同距离横截面上动压的面积加权平均值的衰减速度降低。喷孔倾角增大,射流冲击半径增大。对110tAOD转炉,最优的喷孔倾角为9度到10度之间。     

潮流底部多孔垂向排放污染物影响区的计算

根据射流受力平衡关系建立了非恒定横流中垂向射流轴线的积分方程,在前人对恒定横流中射流研究成果的基础上求得了该方程的解析解。由平面激光诱发荧光（ＰＬＩＦ）和数字图像技术测得的多孔射流浓度分布实验资料,获得了射流宽度、横向扩展角度与射流和横流速度比及射流相对高度的关系,为潮流底部多孔排放污染物影响区的计算提出了一套较完整的方法。计算结果得到实验结果的良好验证。     

基于合成射流的高空飞艇分离流控制

采用数值模拟方法研究了基于合成射流技术的高空飞艇流动控制方法。将合成射流装置安放在飞艇表面,靠近分离线处,并沿分离线布置,通过合成射流口吹吸空气产生涡流,并将其注入边界层内来达到延缓流动分离,进而达到减阻和大迎角阵风减缓的目的。研究首先利用对原始飞艇进行仿真,找到分离线的位置,进而研究了合成射流口出射速度幅值不同时飞艇阻力系数的变化,并以此来分析合成射流的流动控制效果。结果表明,射流口吹吸速度幅值越大,时均减阻效果越好,但射流的能量消耗也越大,气动力的脉动幅值也大。在扣除合成射流本身的能量消耗影响以后,最优的时均控制效果发生在迎角30°左右。研究结果显示,合成射流可以用来降低飞艇小迎角下的巡航阻力,也可以用来控制大迎角情况下的瞬态气动力,从而作为阵风减缓措施。     

双辊铸轧过程中水口对熔池内温度场和流场的影响

双辊铸轧过程中,熔池内金属的流动状态及温度分布直接影响着铸轧过程的稳定性及铸带产品的质量.对双辊铸轧不锈钢过程进行了流热耦合三维有限元分析,主要对浸入式水口出口角度及水口浸入深度对熔池内流场和温度场的影响规律进行研究.研究发现,当水口出口角度大于15°时,熔池内出现双漩涡现象,双漩涡的存在不但改变了熔池内金属流动和溶质分布规律,而且对熔池内的温度场产生影响,使熔池表面温度差异减小,有利于提高铸带表面质量.水口浸入深度增加,熔池表面温度降低;浸入深度过浅,熔池表面温度差异增大,对带钢的表面质量不利,模拟研究结果为合理的水口设计提供了理论依据.