阻塞型竖井旋流泄洪洞水力特性研究

为了解决竖井旋流泄洪洞下部出现高速低压而导致的空化空蚀风险,提出在竖井中部设置垂直阻塞的布置形式.主要通过数值模拟的方法,对设置不同收缩度的阻塞竖井旋流泄洪洞的流态、压强、三维流速、空化与消能特性等进行了系统研究.研究结果表明：收缩度不宜过大或过小,过大则泄流能力不足,过小则流场变化不明显.一定收缩度的阻塞有利于减小空径比,增大旋流角,进而增大壁面压强,同时阻塞的存在使得上部旋流合流速与轴向流速减小,这一增压减速效果显著增大了空化数,大大降低发生空化空蚀的风险.另一方面阻塞的设置有效降低了井底水跃与水垫的紊动程度,底板压强值降低,且压强分布更加均匀.虽井底区域消能率有所下降,但旋流区消能率的大幅增加能与之弥补.研究成果充分揭示了阻塞竖井旋流泄洪洞的流场特征,可为其进一步研究应用提供参考.     

水平旋流泄洪洞的综合水力特性

通过模型试验,研究了水平旋流泄洪洞的基本流态、基本水力特性、流速分布与压强分布特性。水平旋流泄洪洞的流态可分为自由流、吸吮流和淹没流三种基本流态,各种水力特性的变化均与流态有关,也具有明显的分区特性。水平旋流洞切向流速沿径向的分布可以看成组合涡分布,轴向流速为最大值靠近壁面一侧的二次曲线分布。流速和壁面压强分布随上下游水位的变化趋势在各种流态下是相同的,但在具体规律上因流态不同而有较大的差异。     

竖井进流水平旋转内消能泄洪洞流场数值模拟

应用雷诺应力模型，模拟了竖井进流水平旋转内消能泄洪洞空腔环流的水力特性。数值模拟与试验结果比较表明，雷诺应力模型模拟水平旋流泄洪洞的水力特性是可行的，泄洪洞底部压强沿程呈减小变化规律并与实测值一致；轴向流速沿径向呈峰值靠近壁面的抛物线分布，切向流速呈强迫涡和自由涡的组合涡分布，自由涡占大部分区域，轴、切向流速模拟值与实测流速值均符舍得较好。并计算和分析了空腔环流的压强等值线、湍动能、湍动耗散率、旋流夹角等的沿程变化，揭示了竖井进流水平旋转内消能泄洪洞空腔环流的一些特有的水力特性。     

竖井进流水平旋转内消能泄洪洞的数值模拟

通过选取三种不同的紊流模型,结合自由水面处理技术的VOF方法,采用不同的壁面函数法、不同的计算区域网格划分精度和不同的进出口边界条件处理方法,成功地模拟了竖井进流水平旋转泄洪洞的水力特性,并对不同紊流模型和不同数值模拟条件与方法的计算结果与模型实验的结果进行了对比分析。分析结果表明,采用Realizablek-ε紊流模型能更好地模拟这种具有高紊动、强剪切和强旋转,并带有自由表面的竖井进流水平旋转空腔环流的水力特性。     

水平旋转内消能泄水道空腔环流的能动量特性

研究了水平旋转内消能泄水道空腔环流特有的能动量特性.试验观测与分析结果表明:在水平洞的起始段,空腔环流的环向动能沿程急剧减小,进而转化为各占一定比例的环向与轴向动能,并伴随着大量的能量损失;环向的能动量在起始段较大,但在中间段与轴向的能动量比值已接近1,沿程的变化也较小;环向的动能与压能沿程变化相反并互相对应;环向的能量沿程变化规律决定了总能量的沿程变化规律;能量损失与常规的明流或有压泄水道相比大大增加,能量损失机理更为复杂.     

介质阻挡放电中气流对放电特性的影响

研究了介质阻挡放电中放电特性随气体流量的变化.结果表明,击穿电压、放电的空间分布、电流波形等均随气体流量的改变而改变.击穿电压在静态气体中最高,随气体流量的增加呈现复杂行为;放电的空间分布在气体流量增加过程中由类四边形斑图转变为均匀的类辉光放电,最后出现局部的条纹斑图;而此过程中电流的脉冲数则先减小后增加.实验发现,存在一个适当的气体流量,使得击穿电压出现最低值,放电区呈现均匀的类辉光放电.     

泄洪洞有压流问题试验研究与初探

在模型试验基础上,对南水水库新建泄洪洞原设计方案洞内形成明满流交替问题进行了分析研究,提出了修改方案和措施,均满足设计要求.结合本模型和国内几个有压泄洪洞工程试验成果,对有压泄洪洞如何形成有压流问题进行了初步探讨,结论可供类似工程初步设计参考.     

旁路流对换热器壳侧气液两相流动特性的影响

针对工业中广泛应用的管壳式换热器,对壳侧旁路对气液两相流体流动特性的影响进行了试验研究。以Ishihara两相流动模型为基础,建立了以横掠管束的主流路为基础的错流区通用两相压降计算关联式。该关联式与实验结果吻合较好。并通过错流区分相流动模型,分析计算了主流路与旁路中气液分布情况,结果表明主流路和旁路中气液流量的分布是不均匀的;气液各自占相应总流量的比例在不同的流型下明显不同,且比例值的波动范围较大。     

气尘两相旋流中尘粒运动特性及分离效率研究

根据气尘两相旋流内尘粒运动方程,从机理上分析并确定了这种旅流中平衡尘粒的粒径,非平衡尘粒的运动特性时间和尘粒分离之间的关系,另外,还将其与有关文献中的实验进行了比较,且吻合较好。     

公伯峡水电站旋流泄洪洞不同闸门开度运行与原型水力特性观测

对公伯峡水电站旋流内消能泄洪洞进行了不同闸门开度运行的模型试验研究,并与部分原型观测结果进行了对比.闸门开度运行方式不同时,上部通气孔的通气状态与旋流洞的流态不同,泄流量和消能率等水力特性的变化规律也均有所不同,应尽量保证旋流泄洪洞的运行为淹没流态和避免闸门小开度或低水位运行.除上通气孔的风速与通风量以外,下通气孔通气量、风速、导流洞出口平均流速、泄流量和总的消能率原型与模型的观测结果均基本一致.     

旋转式能量回收设备孔道内部流动特性的研究

在海水淡化领域中,旋转式能量回收设备是一种高效的能量回收装置可以有效降低系统能耗。针对旋转式能量回收设备建立了二维非稳态数值模型,分析了设备孔道内部的流场拓扑结构,考察了配流盘转速和进流流速两种操作参数对旋涡演化过程和掺混率的影响。研究结果表明,旋涡的形成和演化过程会对孔道内的质量传递过程产生重要影响;旋涡的结构尺寸和涡旋强度会随着配流盘转速或进流流速的改变而发生变化。存在最佳的操作工况使得旋涡的结构尺寸最小和设备的掺混率最低。研究结果对于理解旋转式能量回收设备的孔道内部流场具有一定帮助。