宽坦式急流河道闸坝工程消力池模型试验研究

通过对具有代表性的某宽坦式急流河道闸坝工程进行水工模型试验,根据闸后水流特点,总结了该类工程消力池设计需要注意的重点.试验研究表明:为了确保推移质能够顺利地通过消力池随水流带往下游,尽量减少池内淤积,同时消力池出池水面与池后下游河道水面较好的衔接,宽坦式急流河道闸坝工程闸后消力池内水流消能不能太充分,消力池深度和长度不能太深和太长,使出池水流具有一定的能量,有利于排沙和与下游河道水面的自然衔接.试验成果可为具有相同工程特点的消力池优化提供借鉴.     

悬栅消力池内水跃的数值模拟

悬栅消力池是一种能够降低池内最大水深的新型消能设施.为了探索悬栅消力池的作用机制,采用标准k-ε湍流模型对悬栅消力池和无悬栅的消力池内水跃进行了二维数值模拟,自由水面采用VOF方法确定,得到了消力池内水跃的流场结构、自由水面和底板压强分布.实测结果验证了数学模型和数值方法的合理性.通过两种消力池计算结果的对比,对悬栅消力池为何能够降低池内最大水深和提高消能效果提出了解释.     

侧式进/出水口水流运动三维数值模拟

采用Realizable κ-ε双方程紊流模型对侧式进/出水口水流运动进行数值模拟，研究了体型对进／出水口水头损失和孔口附近流态的影响，指出了扩散段水平扩散角和整流段长度对水头损失和孔口流态的决定作用．最后给出进流工况自由水面随库水位变化情况．计算结果和试验结果基本吻合．     

低水头条件下常用底流消力池的对比研究

低水头消能工常常存在水流佛氏数小、消能效率低等问题,为此常在底流消力池中添加辅助消能工以求达到良好的消能效果.国内外常用的低佛氏底流消力池有USBR-Ⅳ型、ISI型、SAF型和T型等4种型式.文章采用k-ε方程紊流模型并结合VOF追踪自由水面法,通过数值模拟对上述池型各自的消能效果、流态分布、工程造价等方面进行对比研究...     

水跃消能对闸基渗流稳定的影响分析

水闸泄洪时,下泄水流的势能转化为动能,导致出闸水流的流速增加和水面下降,从而形成附加渗透水头．研究了闸孔泄洪条件下水跃区附加渗透水头对闸室基底渗流稳定的影响,结果表明：为保证工程安全,在进行闸基的防渗布置时不仅要考虑静态渗透水头的作用,还应考虑下泄水流水位变化所引起的附加渗透水头对闸基渗流稳定的影响．提出了减小附加渗透水头的工程措施,冒水孔应设置于消力池末端,而将消力池前段设为不透水底板,以利用跃后高水来提高渗流出逸点的压力水头,从而达到减小附加渗透水头的目的．     

跌坎消力池尾坎坡度对泄洪消能影响的三维数值模拟

采用的k-ε双方程紊流数学模型与VOF法追踪自由水面,对中低水头胸墙闸坝式跌坎型消力池在三个尾坎坡度下的泄洪消能进行了三维数值模拟研究.模拟计算了正常和设计水位情况下三种局开运行工况的消力池水力特性,获得了消力池底板压力、流场分布、沿程水面线、紊动能及紊动能耗散率等水力参数的变化规律.数模计算结果显示,尾坎坡度对消力池的泄洪消能效果较为敏感.尾坎坡度变陡会明显提高消能效果,对来流无推移质的消力池可适当加大尾坎坡度,有助于提高消能率及适当缩短消力池长度,但尾坎坡度越大,出池水流向上壅水的趋势越明显,如果尾坎下游河道水位偏低,则出池水流可能形成较明显的二次跌落,对尾坎后河床造成一定的冲刷,因此消力池的尾坎坡度需要结合下游河道水位情况综合考虑,做到在提高消力池的消能率的同时,尽量避免出池水流较大的二次跌落,确保出池水流与下游河道水流平顺衔接.论文研究成果可供类似工程参考.     

越过矩形分流墩的流态及急流自由水面

本文通过理论分析和模型试验研究了越过矩形分流墩的水流流态及墩上游自由水面特性。得到了墩上游水跃旋滚与急流飞越而过之间的界限流态佛氏数判别公式，经验证与试验数据吻合。证明了当急流飞越而过时，佛氏数对墩上游天因次水深的影响微小可忽略不计。并得到了墩上游自由水面受墩高、墩宽的影响范围，以及墩上游水深不受收缩比影响的界限收缩比和无因次水深随墩高比、收缩比的变化规律。     

公路排水跌坎急流槽新型消力池出流冲刷试验

为增加公路排水跌坎急流槽安全稳定性,对公路排水跌坎急流槽常规跌水消力池及3种新型跌坎消力池出流冲刷模型进行试验.结果表明:跌坎高度、水流相同时,跌坎急流槽消力池后冲坑最大冲深从小到大依次为跌水台入流消力池、副消力池出流消力池、台阶出流消力池和常规跌水消力池;跌坎急流槽消力池跌水台入流消力池构造深度越深,出流后冲坑最大冲深越小,而常规消力池构造深度越深,出流后冲坑最大冲深越大;从工程安全与经济考虑,跌水台入流、台阶出流消力池结构形式可大大减少消力池工程开挖量,消能设施稳定性明显增加;3种新型消力池可大大缩短出流后加固铺砌长度,综合使用后减冲防灾效果更为显著.     

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。     

空气垫在平底结构入水砰击中作用的仿真分析

用仿真方法对平底结构的入水砰击问题进行了研究,建立了二维气水流场的有限元模型．考虑空气、重力等因素在砰击过程中的影响,描述了空气层与水面的混合情况以及平底结构入水瞬间空气层内各物理参数(密度、内能、压力等)的变化情况．讨论了自由液面的变化和飞溅效应对砰击压力的影响,并对砰击压力峰值产生的机理进行了探讨．     

密度分层流中的浮射流模拟

以垂向密度变化的环境流体为背景,采用k ε紊流模型,建立了垂向二维浮射流的数值模型.模型的求解采用有限体积法和SIMPLE算法.针对密度分层流中的浮射流实验,对垂向密度呈线性变化的垂直浮力射流进行了数值模拟,得到射流的密度场、射流轨迹、稀释度和射流宽度等的分布规律.通过数值模拟和实验结果的对比分析表明,两者吻合较好,所建立的垂向二维浮射流紊流模型能够比较精确的模拟分层环境中浮射流的水流状况和射流进入环境流体的混合状况.     

轴向流吸附器内部流场特性

以轴向流吸附器内部流场为研究对象,采用CFD软件对其内部气体流动特性进行数值模拟.比较轴向流吸附器内无气体分布器、仅加装单一多孔板气体分布器、加装多孔板气体分布器与单级挡板相结合等3种方式对吸附器内部流场均匀分布的影响.未加装气体分布器的轴向流吸附器内部气流分布严重不均;仅加装单一多孔板气体分布器的轴向流吸附器内部流场的气体流动稍有改善,但气流分布仍不均匀;加装多孔板气体分布器与单级挡板相结合的方式,吸附器内部流场的气体流动得到明显改善.多孔板气体分布器与单级挡板组合使用时,保持气体分布器开孔率不变,开孔孔径为0.003 m时气流分布最为均匀,效果最好;保持开孔孔径不变,气体分布器的开孔率为0.388时气流分布最为均匀.     

物质流、能量流与信息流协同的探讨及应用

根据反映生产设备与环节特性的数学模型及能量与生产管理信息系统，对物质流、能量流与信息流的协同进行了探讨，并针对一个一般的工业企业建立了其数学模型。通过实际系统与仿真系统结合形成闭环的信息结构，在每个时间周期根据该时刻的信息流（已知的与预测的）对物质流、能量流进行最优协调，该方法能有助于企业合理使用能量与最优安排生产。     

大系统中物质流、能量流与信息流的基本特征

把大系统中物质、能量和信息的流动综合起来考虑,引入势和阻的概念来分析大系统中物质流、能量流和信息流在流动过程中的基本特征,并从协同学和熵的角度给出了物质流、能量流和信息流子系统的协同结构,使各个子系统相互协调、配合、制约、促进,从而形成3个子系统在时间尺度和空间尺度上的有序结构,最终使得由其组成的大系统达到全局最优,对大系统的综合优化、节能减排、降低物流成本、提高用能效率有指导意义.     

油水气三相流的流型及泡状流向弹状流的转变

油水气多相混输是海上油气田开发中赖以取得重大经济效益的技术,其流动特性的准确计算是管线设计及安全、经济运行的重要依据.首先,通过实验确定出了油水两相混合物由油包水(W/O)向水包油型(O/W)的转变发生在含水率约为0.45时.垂直下降管内油水气三相流的流型基本上可以划分为油包水和水包油型的泡状流、弹状流及环状流.通过对垂直下降管内气泡碰撞、合并机理的分析建立了油水气三相流动过程中泡状流与弹状流间的转变界限的计算式,该转变发生的临界截面含气率约为0.35,计算结果与实验值的平均误差为11%.泡状流向弹状流的转变主要取决于折算气速和折算液速的大小,含水率对转变界限的影响较弱.     

流场数值计算的等效势流法

在流场的数值计算中,根据势流理论,引入平均水力损失,提出了一个整个流场有旋而局部流场有势的等级势流的概念,不仅在理论上进行了分析和推导,还对某一溢流流场进行了数值计算,并与实验测试的结果进行了比较,从而给出了一个计算简便、计算结果与实际情况更加吻合的流场数值计算方法。     

Two-phase flow patterns for flow condensation in small-diameter tubes

Two-phase flow patterns have been observed visually to investigate the effects of tube diameter, mass flux and tube inclination on flow condensation in small-diameter tubes. For horizontal or inclined small-diameter tubes, gravity-domination is decreased by shear stress and surface tension on phase change interface, which weakens the stratification of condensate and vapor flow due to the action of gravity perpendicular to flow direction. As decreasing the tube diameter from 5. 79 mm to 2.18 mm. the annular or sub-annular flows become prevailing in flow regime map. The existing flow regime maps for macro scale cannot predict the experimental data in the present study.     

分隔板结构对挤出流动影响的数值分析

采用有限元数值分析方法,分析了分隔板结构对挤出流动平衡性的影响,指出其调节流动均匀性的效果是非常明显的,对于型材截面上相邻区域壁厚相差悬殊的情况,采用分隔板结构是减小横向流动、提高挤出流动均匀性的最有效措施之一.针对分隔板有限元建模困难问题,提出了用边界约束条件替代模具结构几何特征的方法,其分析结果和采用真实分隔板结构时的分析结果基本一致,说明所采用的处理方法是合理的、有效的,能够大大降低有限元建模的困难性,提高分析效率和速度.     

空中交通短期流量管理的动态网络流模型

针对优化调度空中交通短期流量的迫切需求,研究空中交通管制区的网络结构和确定容量条件下空中交通流的动态行为,给出了空中交通短期流量管理的多品种动态网络流模型的数学描述(ST-TFMP);并就管制区内现有飞机的疏散问题对原模型进行了改进.利用北京管制区某日高峰飞行时段的到达流量实际数据,在不同场景下对模型进行了仿真验证,结果表明空中交通短期流量管理的动态网络流模型有着较好的计算性能.     

两相流振荡流动特性的可视化实验研究

为了解决活塞内冷油腔中气液两相流的振荡传热问题,设计并搭建了由柴油机改装的往复振荡实验装置,利用高速摄像技术对内冷油腔实验件中气液两相流的振荡流动过程进行了可视化观测实验,分析在不同转速和液体填充率下实验件中气液两相流在起振阶段和充分振荡阶段的振荡流动形态。结果表明：在起振阶段,气液两相的分界面明显,没有强烈的湍流混合运动,在充分振荡阶段,液体的运动规律及流动形态呈周期性变化;转速主要影响气液两相流的湍流强度,填充率主要影响气液两相流的流动形态。研究结果揭示了内冷油腔中气液两相流的振荡流动规律,可为高强化活塞的结构优化设计提供参考。