台阶式溢洪道水力特性数值研究

为研究台阶式溢洪道的水力特性,结合某水库实际工程,采用标准k-ε紊流模型模拟溢洪道水流流场,并利用流体体积分数法(VOF)来追踪自由水面,复杂边界形状采用非结构网格进行处理的方法对台阶式溢洪道流场和光滑溢洪道流场进行了模拟。结果表明:数值模拟能够得到较为合理的自由水面和速度场,台阶式溢洪道自由水面高于光滑溢洪道,水流流速则低于光滑溢洪道,且台阶内部存在漩涡。台阶式溢洪道消能率远远大于光滑溢洪道,可见台阶式溢洪道消能效果十分显著。     

张峰水库溢洪道水力特性三维数值模拟

以张峰水库为例建立了溢洪道三维结构模型,采用结构网格及混合网格技术对模型进行了离散,并利用标准k-ε湍流模型、SIMPLE算法及VOF法对溢洪道流场进行了三维数值模拟。结果表明,溢洪道过流能力、水面线及流速分布与实测值吻合良好;溢洪道底板压强分布合理,水流空化数满足设计要求,溢洪道体型设计合理可靠。以物理试验验证数值模拟,使得计算结果真实、可信,进而详细地分析了溢洪道的压强特性及水流空化数,对同类工程的优化设计有一定的参考作用。     

山地灌溉管道水力特性的数值模拟

有压管道的水力特性是管道设计工作的依据和前提。为研究山地灌溉输水管道水力特性,该文建立山地灌溉输水管道水动力学数学模型,运用计算流体动力学数值模拟方法,对有压灌溉管道中凸起管段的水力特性进行模拟。该文以输入流量为控制变量,计算管道水流能量损失,分析了Re与管道凸起段135°弯头局部阻力系数的关系;研究输水管道凸起段水压和流速分布特性。结果表明:当Re5.0×104时弯头局部阻力系数随着Re增大而迅速减小,当Re7.0×104时弯头局部阻力系数趋于稳定,当2.3×104Re7.0×104时,弯头Ⅰ、弯头Ⅱ、弯头Ⅲ、弯头Ⅳ局部阻力系数变幅范围为4.12~0.37;弯头处静压分布均表现出外侧压力大,内侧压力小;速度值的大小均表现为弯头外侧速度小,内侧速度大。     

减压孔板水力特性的数值模拟

减压孔板是消防系统中不可缺少的减压设施,对其正确的设置与计算是消防系统设计中重要的环节。借鉴前人基于设计手册中水头损失公式进行改进的做法,采用数值模拟方法,对减压孔板的水力特性进行了较为系统的研究。结果表明,随着出流流量的增加,减压孔板作用增强,压降幅度增大,孔径d与管径D比(d/D)越小降压效果越明显。     

自激振荡腔频率特性及腔室设计研究

为了进一步研究自激振荡腔在石油工业中的应用,对其固有频率特性作了较为深入的研究,探讨了固有频率与相关参数之间的关系,并用实验对理论公式进行了验证;同时给出了41/2″单牙轮钻头和5″金刚石钻头的一种新型的腔室设计—带自振腔的单牙轮钻头和金刚石钻头;此外,还为实现腔内流体流动规律的计算机模拟做了一些基础性的研究工作。     

白山坝下游水垫塘水力特性研究

本项试验研究对白山坝下游不同布置体型的水垫塘内水流进行了观测，研究了水垫塘体型对消能的影响，选择确定了能较好地适应水舌入射角为25°～45°的开阔型水垫塘．试验成果表明,水垫塘中的流态直接影响着水垫塘内消能和底板的受力，脉动压力的大小直接影响着板块的稳定性．在水垫塘底板结构设计中，应综合考虑脉动压力、渗透力的影响．本项试验研究对白山坝下游不同布置体型的水垫塘内水流进行了观测，研究了水垫塘体型对消能的影响，选择确定了能较好地适应水舌入射角为25°～45°的开阔型水垫塘．试验成果表明,水垫塘中的流态直接影响着水垫塘内消能和底板的受力，脉动压力的大小直接影响着板块的稳定性．在水垫塘底板结构设计中，应综合考虑脉动压力、渗透力的影响．     

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。     

90°弯道T型丁坝水力特性和数值模拟研究

利用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程和k-ω涡粘紊流模型,研究在无丁坝、直线型丁坝、T型丁坝三种工况下90°弯道水流中的水力特性.研究结果表明:与直线型丁坝相比,T型丁坝下游形成的回流区长度约缩短15%,宽度约缩窄25%;对水面壅高、横纵比降的影响程度较小,且将横向环流移向河道中心,更加合理的减轻环流对岸边的水毁破坏;河床切应力突增率低于直线型丁坝,强度顺河道向下游衰退更快.综合比较,T型丁坝是一种优于直线型丁坝的坝型.     

压水堆功率调节系统动态特性仿真研究

采用SIMULINK仿真平台,建立压水堆功率调节系统的仿真模型,对其进行时域分析,分析其单位阶跃响应,验证系统的性能指标是否满足要求.同时在同一功率定值下引入阶跃和斜坡反应性扰动,采用PID控制方案研究功率控制系统的动态特性和控制效果,并对传递函数进行优化.通过计算反应性扰动下的堆功率响应,了解系统的稳定特性、调节品质和系统各环节参数对系统的影响,为功率调节系统性能改进提供了参考.系统仿真分析表明:k=0.6时调节系统不仅能很好地克服反应性扰动,又具有良好的随动特性.     

模糊数学方法在压水堆热工水力分析中的应用

描述了模糊数学的基本方法和原理，并将模糊数学方法用于压水堆热工水力分析中。尝试了工程热管及热点因子的确定、临界热流密度（CHF）计算公式的选用和确定。探索了用模糊数学进行了压力堆热工水力分析的应用途径。结果表明：应用模糊数学方法分析压水堆热工水力过程，可以得到一种较为符合实际和较为准确的描述，是一种有前途的可开发的研究方法。     

冷却孔布置对透平转静腔室性能影响的数值研究

采用SST湍流模型数值研究了透平第二级转、静腔室的流动与封严特性,分析了冷却孔布置对腔室内的流动、冷却效率以及主流燃气入侵特性的影响。研究表明:冷却孔的位置对上游腔室内的流动影响较大,对下游腔室基本无影响;冷却孔距离上游越近,上游腔室的旋流比越大,级间密封进口的旋流比越小,密封进、出口压比越小,相应的流过级间密封的质量流量越小,上游轮缘密封的燃气入侵量越小,上游腔室转、静壁面的冷却效率就越大;下游轮缘密封出流的旋流比越小,相应的主流通道的流动损失越大,但冷却孔位置对下游腔室内的旋流比和壁面冷却效率的影响很小;随着冷却空气流量的增加,3种冷却孔布置下上游腔室壁面冷却效率的差值减小。     

水力旋流器内部流场的数值研究

在PIV实验验证的基础上,利用RSM雷诺应力模型和VOF两相流模型对50mm水力旋流器内部流场进行了系统的数值研究.结果表明:旋流器内静压从器壁至中心逐渐下降,静压为0处即为空气柱边界,空气柱内为负压,空气柱的存在增加了分级过程的能量消耗;旋流器内切向速度分布符合组合涡特征,内部为强制涡运动,外部为半自由涡运动;零速包络面是轴向速度方向发生改变的转折面,其上部为柱形,下部为锥形,柱形段直径约为溢流管的23倍;在外旋流区域径向速度方向从旋流器器壁指向中心,内旋流区域存在方向相反、位置相对的径向速度,空气柱内径向速度基本为0.     

附着空化流动下离心泵水力性能数值预测

采用改进的空化模型和算法，同时耦合黏性Reynolds-Averaged Navier-Stokes方程求解技术，对空化流动条件下离心泵的水力性能进行了数值预测研究．采用具有试验数据的拱形头部圆柱体空化绕流考核了所提出的空化模型和算法的准确性和可靠性．采用数值方法研究了不同流量系数下离心泵水力性能与空化系数之间的关系，预测了空化系数对离心泵叶轮表面附着空化气泡形状的影响．数值结果表明，在相同的流量系数下，存在着临界空化系数，在临界空化系数时离心泵的水力性能突然下降，空化系数越小，离心泵叶轮表面的附着空化空腔越大，同时造成水力性能下降的越快．研究结果证明了所提出的空化模型和算法能够应用干水力流体机械宅化流动时的性能预测。     

泄洪洞基本水力特性研究

以西岁兴水库泄洪洞水工模型试验为基础,对泄洪洞的泄流能力、流速分布、流态以及泄洪洞出口挑流消能等水力特性进行了研究,为类似的水利工程设计和建设提供了借鉴。     

泄洪隧洞水力特性试验研究

高水头大流量水电站泄洪消能问题一直是水利水电工程界关心的热点和难点问题,泄洪隧洞是主要泄水建筑物之一.文章通过水工模型试验方法,以某实际工程为例,开展泄洪隧洞水力特性试验研究,研究水面线和流速等沿程变化情况、试验值和计算值,并进行相互对比验证,研究成果为工程设计提供了重要参考依据.     

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.     

峡江枢纽围堰施工河道水力特性2维数值模拟

为阐明峡江枢纽围堰施工期河道水力特征,指导工程施工,采用峡江站水文资料及枢纽实测水位,在率定好1维数学模型的基础上,建立了赣江峡江段平面2维水流数学模型,定量计算枢纽重要水域水流流态,分析流场形态的变化特征和局部流态对枢纽尤其是围堰的影响,并将研究结果与物理模型试验结果做了对比分析.结果表明2维数学模型能较准确地计算围堰工程局部水位及流场变化情况,峡江枢纽围堰施工方案可行.     

单孔孔板水力空化特性的可视化与数值模拟

在自行搭建的单孔孔板空化反应试验台上,采用高速数码摄影和长工作距离显微成像技术,对单孔孔板中心孔内和孔板下游进行空化特性试验研究,分析了背压、空化数等参数对孔板水力空化的影响.试验结果显示:当背压一定,逐渐改变喷射压力时,会出现"空化初生迟滞"现象,在空化两相流区,较高的背压对应着较小的流动损失;孔板内和孔板下游都有空化区存在,且孔内空化对下游空化区影响较大.数值模拟结果显示,孔内空化与试验相符合,且下游空化区的产生是由孔内空化云脱落至下游漩涡区引起的.     

水力旋流器数值模拟参数的基础研究

水力旋流器广泛应用于固液、固气、固固等分离领域,因水力旋流器具有结构小、效率高和操作方便等特点使之广泛应用于各个分离领域。为不断开发水力旋流器的分离能力,单纯的实验方法优化旋流器已满足不了工业需求。随着计算机的发展,数值模拟与实验结合利用是未来水力旋流器的发展方向。数值模拟的准确性很大程度上取决于模拟模型的选择,针对旋流器模拟参数中湍流模型、多相流模型和曳力模型进行模拟研究,模拟结果与前人实验对比验证,结果表明,雷诺应力模拟(RSM)、欧拉模型(Eulerian)和Schiller-naumann曳力模型组合更加适合水力旋流器模拟。模拟结果可为旋流器深度模拟研究提供指导,对于旋流器实际工业化应用提供理论参考。