泄水建筑物水流掺气复氧数值模拟

为了深入地认识泄水建筑物掺气水流的复氧过程,该文应用水气两相流混合模型计算了包括水垫塘在内的泄水建筑物水体的掺气浓度、流速、紊动粘性系数等特征参数。应用气泡界面传质理论建立了掺气水流的溶解氧对流扩散方程。不同试验工况的结果验证了掺气复氧数学模型的合理性和可靠性,表明该模型符合坝身泄流的特点,充分体现了过坝水流对大气的卷吸与紊动混掺。     

侧掺气空腔长度计算

对泄水建筑物过流面进行掺气是一种有效的减蚀措施.采用常规的底部掺气设施后,泄水建筑物下游侧墙仍易发生空蚀破坏,其主要原因是边墙存在掺气盲区.在底掺气的基础上设置侧掺气坎,形成较小的侧空腔能明显提高下游近壁掺气浓度,有效消除原掺气盲区.影响掺气设施掺气效率的一个重要设计参数就是空腔长度,对侧空腔长度尚缺乏计算方法,它的形成机理与底空腔不同.本文笔者通过考虑影响侧空腔长度的结构参数和水力学参数,导出了一种近似计算侧空腔长度的计算方法.     

明渠水流速度对自掺气发展影响的试验研究

采用针式掺气浓度仪对有压出口后明渠水流表面自掺气的发展过程进行了详细测量,研究了不同出口流速条件下掺气发展区的掺气浓度分布及其沿程发展变化情况,分析了流速对自掺气发展的影响。试验结果表明：随着出口流速的增大,相同断面处水流平均掺气浓度不断增加,掺气区向渠道底板扩展更加充分;在断面平均掺气浓度相同的条件下,水流速度越大,水体紊动程度越高,气泡向渠道底板方向扩散越明显。结合紊动扩散理论分析,认为流速对明渠自掺气扩散的影响包括提高水流掺气浓度和增大水体紊动扩散系数两个方面。     

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     

侧向折流器对侧空腔和底空腔掺气参数的影响

为深入研究突扩突跌掺气设施的掺气特性,在三峡工程深孔水工模型上对时均压强分布、掺气量、掺气浓度等进行了观测与分析。试验结果表明在侧墙形成4个区域,即:侧空腔区、压强骤变区、低压区和稳定区,侧空腔长度和侧墙时均压强均与折流器高度有关。在侧墙低压区有负压存在,其发生位置一般距孔口出口(等高程)约15m左右。在侧墙有少量掺气,掺气浓度在1.3%左右,掺气的主要原因是侧墙冲击点处产生的立轴漩滚对空气的卷吸作用。侧向折流器对掺气量有明显影响。侧、底空腔贯通时,侧空腔是一个重要的通气通道,是保证底空腔充分掺气的重要条件。此研究成果和结论可供突扩突跌掺气坎的设计和科研参考。     

明渠自掺气水流气泡特性的试验研究

采用针式掺气浓度仪对明渠自掺气水流的气泡特性进行了试验研究,结果表明：在掺气发展区,气泡总数沿程增加;同一断面上,气泡个数从底部至水面方向先增加后减小,个数最多的点大约位于自掺气水流的两区交界面处;底部气泡尺寸的分布比较集中,愈接近水面分布愈分散;气泡平均等容直径从槽底向水面方向迅速增大;在试验的流速条件下,渠底附近2mm以下的气泡个数沿程不断增多。     

水气二以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 二相流的特点,人理论上证明：对工程中常见的稀疏气泡流,单流全模型是可行的;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扩建塘水气二相流的数值模     

陡槽自然掺气水流含气浓度分布模拟

提出分析陡槽自然掺气发展区含气浓度二维分布特征的数学模型，考虑含气浓度大小对气泡浮速和掺气水流阻力的影响以及掺气层水深的沿程变化，得出的计算结果被前人的水槽试验及原型观测资料所验证。分析自然掺气发展区与掺气坎下游浓度耗散区的主要区别，阐明了气泡上浮作用与紊动扩散作用的沿程变化特征。     

折流器体型对突扩突跌掺气空腔特性的影响

在突扩突跌掺气设施中 ,为保证掺气效果 ,增加底空腔和侧空腔的长度 ,加设折流器是有效的工程措施。试验证明 ,折流器坡度和高度对空腔长度均有影响 ,较高的折流器明显增加空腔长度 ,且使底空腔与侧空腔贯通 ,有利于底空腔充分掺气。回溯水流使底空腔变短 ,有效空腔长度是影响掺气效果的重要因素。在空腔长度的计算中应综合考虑 ,顶板坡角 ,跌坎挑角和折流器体型的影响 ,得出的计算公式有实际应用和理论意义。     

含沙掺气高速水流对壁面磨蚀的分析

搪塞了沙粒磨损分析,分析了影响腐蚀的因素,研究了掺气抗磨的可能性,根据试验数据导出了混凝土材料壁面磨损率的计算公式。研究表明,含沙水流对固壁材料的腐蚀率随掺气浓度、材料强度的增大而减小,随水流流速,含沙量的提高而增大。     

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.     

掺气减蚀槽的消能效果

试验证明设掺气槽后消能作用增加主要表现在：增加泄流沿程消能效果，降低挑流出口流速系数 值，挑距缩短，增加空中扩散消能作用，挑流水舌入池尺度加大，入池水流的能量集度减小。并首次提出了设掺气槽后消能作用增强的计算公式。     

河成石灰华成因──掺气效应研究

本文通过对有大量碳酸钙沉积河段的水质分析、野外观测，发现河水流动过程中将空气带入水中形成大量气泡，引起水体物化方面的迅速变化，包括碳酸钙大量沉积，笔者称之为掺气效应。通过野外实验，对掺气效应及掺气效应中水体物化变化和碳酸钙沉积速度进行了论证和研究，在此基础上提出：掺气效应是河流中碳酸钙大量集中沉积的一个主要因素。     

掺气减蚀设施空腔回水问题的试验研究

通过掺气坎掺气试验,对小底坡明流泄洪洞的掺气坎下空腔回水问题进行了试验研究。结果表明:掺气坎后空腔回水的形成与空腔末端射流冲击角有密切关系。在试验条件下,约当θ>9°时,空腔回水开始出现。该冲击角实际上是各种水力、体型要素的综合反映。     

掺气挑坎下游气泡输移的研究

本文采用理论分析、数值计算和试验相结合的方法,对斜坡挑坎空腔下游气泡输移问题进行了研究,斜坡挑坎是掺气减蚀中体型简单应用普遍的一种措施,实际的掺气浓度分布与本文计算结果比较吻合.     

掺气分流墩台阶式溢洪道的水流流态和流速特性

通过模型试验，研究了掺气分流墩台阶式溢洪道的流流态和流速特性。结果表明：此种消能工能改善台阶式溢洪道的水流流态，大幅度地减小水流流速。在试验范围内，掺气分流墩台阶式溢洪道的流速较相应光滑溢洪道减小了18．4％－68．3％，较相应的台阶式溢洪道降低了6．8％－54．0％。     

台阶式溢洪道水力特性计算方法分析

提出单纯台阶式溢洪道的水力设计方法。对比分析了台阶式溢洪道的水流流态、自掺气发生点以及消能效果,推荐Yasuda公式作为滑行水流和跌落水流界限的判别式,提出了自掺气发生点和消能率的统一计算公式,给出了台阶段水面线的计算方法。所得成果可以作为单纯台阶式溢洪道的工程设计参考。     

含沙掺气高速水流壁面脉动压力特性

在阐述水流脉动压力基本理论的基础上，对含沙掺气高速水流的脉动压力进行了试验，研究了水、气、沙三相流体的压力脉动特性，探讨了掺气、含沙量等参数对水流压力脉动幅值特性，频率特性的影响。     

含气量对液体粘度的影响

通过对选定液体的含气量和对应粘度的测量,实验研究了含气量对液体粘度的影响。其中对粘度的测量采用了旋转法,而对含气量的测量采用了图像处理技术,得到了含气量与粘度的对应关系,并归纳了关系式;表明在温度等环境因素不变的情况下粘度随含气量的增加而增加,并且呈现非线性的关系。这一成果将有助于掺气对流体特性影响的规律和机理做进一步研究。     

矿渣掺量对水泥性能的影响

采用矿渣与熟料分别粉磨再混合的方式,研究了不同掺量和不同细度的矿渣对水泥强度和凝结时间的影响,确定了水泥中矿渣的最佳掺量.