虹吸式出水流道水力特性分析与试验验证

为了研究虹吸式出水流道水力特性,基于某立式轴流泵装置,采用数值模拟与模型试验相结合的方法,首先根据泵装置布置形式和初步设计尺寸,开发了虹吸式出水流道参数化设计软件,极大地缩短了设计周期.然后对4种虹吸式出水流道方案进行了全流道数值计算,并根据计算结果对虹吸式出水流道进行定量分析.最后将数值模拟结果与模型试验结果进行了对比.数值模拟结果表明,受叶轮旋转影响,虹吸出水流道上升段存在偏流现象;改变驼峰段断面尺寸对上、下游流态影响显著;下降段极易产生脱流和漩涡,改善下降段的不良流态可以显著降低出水流道的水力损失.对3种虹吸出水流道评价指标进行比较,指出了用轴向流速分布均匀度来评判虹吸出水流道的不足.模型试验结果表明,数值模拟与模型试验的外特性结果吻合较好,验证了数值模拟的可靠性;设计的带有虹吸式出水流道的立式泵装置最高效率为78.85%.研究结果可以为同类泵装置设计提供参考.     

大源渡下游口门区通航水流条件改善措施试验

大源渡航电枢纽扩建二线船闸后将造成下游引航道口门区水流条件复杂,影响船舶(队)安全通航。为解决这一工程问题,在充分搜集地质和水文资料的基础上,采用整体水工模型试验,利用疏挖下游河道一定区域并结合布置通航建筑物的措施进行改善,从而使口门区表面流速符合规范要求。根据相关资料和试验数据,着重分析了疏挖前后地形的改变,以及布置导堤和导流墩后对下游口门区水流流态的影响,并阐述了这些工程措施削弱口门区回流和斜流的机理。研究结果表明,河道疏挖与通航建筑物的结合应用可有效改善大源渡下游口门区水流条件,并为类似工程设计提供参考。     

河道人工湿地的构建及其对河道水流的影响

提出了河道人工湿地的构建方法:在河道两侧的滩地上,每间隔一段距离设一弦长为S、弓高为B、高程在正常水位以下0.5 m的圆弧形扩展段,且扩展段于河道两侧呈犬牙交错状布置,洪没枯出形成旱湿交替的人工湿地场.采用三维湍流数值计算和分析方法,优化确定河道人工湿地断面的主要参数S和B,使人工湿地内获得了最佳水流条件.算例模拟计算表明,河道人工湿地床体主要构建参数的最优值为S=2.0D,B=0.7D(D为河道口宽).从河道流场、断面平均流速沿程分布及垂线平均流速横向分布3方面分析了人工湿地对河道水流的影响.分析结果表明:人工湿地构成后,整体河道会形成缓变与急变交错的流态;人工湿地段断面平均流速明显衰减;湿地与河道主槽内的水流流速差异较大.     

仿生态鱼道出口衔接段管桩优化数值模拟

针对大藤峡水利枢纽建造生态景观湖+仿生态鱼道结合的新型鱼道中出口衔接段流速过大而不能满足鱼类正常生殖洄游问题,在出口衔接段设置多种不同直径圆形、方形梅花桩型式的管桩结构,并采用MIKE 3进行数值模拟。分析了4种管桩布置方案表、中、底层流速分布和每组管桩群后横断面的水力特性,结果表明,布设管桩结构后衔接段水流流态平稳,布置直径为0.25 m的圆形管桩和边长为0.25 m的方形管桩的两种方案下水流流速满足目标鱼类上溯条件;方形管桩的流速更低,更适宜鱼类上溯。出口衔接段设置管桩结构可以有效地改善水流流态和降低流速,在管桩后低流速区休憩的上溯鱼群可为上游生态景观湖添色。     

某泵站全流道CFD仿真及流道改造研究

为了使进出水流态稳定,减少出水流道水力损失,使用三维模拟软件Fluent,采用RNG k-ε模型对某城市排涝泵站全流道进行数值模拟仿真;针对泵站前池水流流态不稳,影响进水流道水流状态,出水流道流态不稳且水力损失较大等问题,对前池尺寸以及出水流道形式进行优化,并对优化方案进行仿真。优化前、后方案的仿真结果表明,前池的水流流态得到改善,出水流道水流流态得到改善,水力损失减小。     

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.     

岔管流动的数值模拟

应用k-ε模型和控制体积法建立了三维紊流数学模型,根据工程需要对某抽水蓄能电站的引水岔管和尾水岔管的不同体型进行了流态、流速、压力分布的数值模拟研究,在原方案计算结果的基础上提出了修改方案并进行了对比计算,给出了不同工况的水流流态、流速分布和压力分布以及相应的水头损失系数.计算结果表明,修改方案流态有明显改善,水头损失系数明显减小.     

河道三维错层的水流泥沙数学模型

应用垂向坐标变换,结合水平有限元、垂向有限差分的分层方法建立了河道拟三维水流泥沙数学模型．对过流断面变化剧烈的河段提出了错层计算方法,弥补了同层网格垂向落差较大的分层模型缺陷．利用水流泥沙理论解对模型计算结果进行了验证．采用该模型对海河下游河段穿河隧道施工过程中主体隧道悬浮于主流区时的水流泥沙情况进行了数值模拟,流速模拟结果与半理论半经验公式估算结果基本一致,为明渠流和河道中悬浮建筑物下压力流的混合计算提供了一种新的计算方法,拓展了三维分层水流泥沙数学模型的应用空间．     

山东国华寿光发电厂排水口物理模型试验研究

寿光发电厂原方案排水明去渠出口的水流速过大,对弥河河床和岸滩的稳定性有较大的危害.本文提出了两种修改方案来降低排水出口及弥河河道水流流速.其中暗涵排水方案将排水出口水流流速从5.9m/s减小到1.13 m/s,可有效降低排水对弥河河床和堤防冲刷.     

北洺河大桥桥墩布设对河道防洪安全的影响

拟建北洺河大桥所处河段为大曲率弯道,且受地形条件限制,桥梁中心线呈大角度扇形布设。曲线桥梁与弯道水流交会,水流条件尤为复杂。为研究北洺河大桥斜穿弯道河流情况下桥墩布设对河道冲刷及防洪安全影响,设计制作了1:60正态物理模型,开展不同洪水重现期下曲线大桥斜穿弯道河流河工模型试验研究。试验结果表明:受桥墩布设交角及弯道水流的共同作用,原设计方案不同重现期洪水工况下均加剧了桥位处河道右岸的冲刷,最大冲刷深度3.54 m,威胁堤防安全;水流顶冲右岸产生壅水,最大壅水高0.48 m;桥墩布置对下游河道的影响范围264 m。适度调整7号桥墩与水流夹角,同时对右岸河床铺设宾格石笼,控制最大冲刷深度减小到1.68 m,有效改善了桥墩与堤防间的水流流态,优化方案保护了行洪安全。     

康定雅拉河无名沟崩滑坡面泥石流峰值流速流量的沿程变化特征

在分析崩滑坡面泥石流的基本特征和其峰值流速流量一般规律的基础上 ,以康定雅拉河无名沟 1 995年的百年一遇泥石流为研究示范 ,在了解该流域的基本特征 ,分析该次泥石流的形成、容重、颗粒组成等基本特性的基础上 ,用弯道超高的理论和用古乡沟泥石流建立的流速计算公式 ,计算测量断面的流速及泥石流峰值流速沿程变化。用形态调查法分析计算不同断面的泥石流流量 ,并分析其沿程变化。通过分析可知崩滑坡面泥石流峰值流速与流量在整个流通过程是逐步变化的 ,在靠近物源区 ,流量随着物源的加入逐步增加 ,而流速随着能量的消耗逐渐减少 ;在靠近堆积区由于坡降的减小 ,流速与流量呈减小的趋势。崩滑坡面泥石流峰值流速泥石流流速也有一个相对的匀速段 ,但这个匀速段的长度较短。崩滑坡面泥石流峰值流量过程的沿程变化曲线接近于正态分布。此类泥石流防治中的拦挡措施要注意充分利用其在坡降减小的过程中流速和流量迅速降低的特征 ;而其排导措施要注意到此类泥石流的高阻力特征 ,注意保证排导槽的足够坡度。     

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。     

硅压阻流速仪及其应用

由两根平行放置的皮托管作为测压探针，硅压阻传感器作为压力敏感元件组合成的流速探头，尺寸小，动态频响良好（士１ｄＢ频带宽为１２００Ｈｚ），适用于一维的动态流速测量。配套用的放大器设有温度和频率补偿及线性化电路，可得到线性的输出信号。在国管和明槽内进行的断面流速分布量测结果与理论计算值以及其它仪器的实测资料能较好地符合。在雷诺数不大的情况下可以测出边界底层内的紊动强度分布。     

挤出模流道的优化设计

结合塑料熔体流变理论和实践经验，提出了塑料异型材挤出模流道优化设计的思想和方法．通过计算机对流道系统进行优化设计，使流体在流道中流动分布均匀．流道设计合理，缩短设计时间．     

无阀微泵锯齿形流道仿真模拟

介绍了无阀微泵的特点及其工作原理,提出一种应用于无阀微泵新型锯齿形流道.针对锯齿形流道不同开口角度,用CFD(computational fluid dynamics)软件进行了仿真模拟,得出了流道内速度和压力变化规律.分析了压力和流量的分布特征及关系曲线,为锯齿形流道微泵理论研究和优化设计提供了依据,并与单级锥形扩散/收缩流道作对比.结果证明,此锯齿形流道相对于锥形扩散/收缩流道可以提高微泵效率.     

阀体后90°圆形弯管内部流场PIV分析

利用激光粒子图像速度场测试技术对阀体后90°圆截面弯管的内部流场进行测量,分别在不同阀体开度和流速工况下,获取了弯管内大量高分辨率瞬态速度场数据,并对其进行统计分析,以获取相关流场特征,包括时均速度场、流线图谱及涡量场等.结果表明：阀体后弯管流场存在明显的高速区和低速区,并在特定工况下产生涡流;流场特性随着阀门开度、流速以及截面位置的不同而产生较大的变化.     

Optimization of flue gas convective heat transfer with condensation in a rectangular channel

Conservation equations of sensible entarnsy and latent entransy are established for flue gas convective heat transfer with condensation in a rectangular channel and the entransy dissipation expression is deduced. The field synergy equation is obtained on the basis of the extremum entransy dissipation principle for flue gas convective heat transfer with condensation. The optimal velocity field is numerically obtained by solving the field synergy equation. The results show that the optimal velocity field has multiple longitudinal vortices, which improve the synergy not only between the veloctiy and temperature fields but also between the velocity and vapor concentration fields. Therefore, the convective heat and mass transfers are significantly enhanced. Flow with multiple longitudinal vortices close to the optimal velocity field can be generated by discrete double-inclined ribs set in the rectangular channel. The numerical results show that the total heat transfer rate in the discrete double-inclined rib channel increases by 29.02% and the condensing heat transfer rate increases by 27.46% for Re = 600 compared with the plain channel.     

钻井机器人偏心流道冲蚀实验及数值模拟研究

为解决大位移水平井连续油管钻井管柱屈曲的难题,提出了钻井液驱动的"钻井机器人+动力钻具"的连续油管钻井新方法.依据机器人外形尺寸、水力压耗、内部结构、加工制造等优化设计出了三段式偏心圆流道结构.提出了三段式偏心圆流道冲蚀分析方法,首先,建立了钻井机器人三段式偏心圆流道流固耦合冲蚀数值模型,分析了粒径参数、速度参数等对冲...     

COREX竖炉物料运动流型及瞬态特性的离散元模拟

基于离散单元数值计算方法,建立COREX竖炉内物料颗粒尺度运动行为的数学模型,研究炉内物料运动流型及其瞬态特性,特别是颗粒的瞬态速度和瞬态应力分布.模拟结果表明:COREX竖炉内存在三种类型的流动区域:活塞流区、准停滞区以及沟流区.炉内颗粒的瞬态速度分布表明炉内存在两种类型的速度波:装料过程引发的向下传播的速度波和底部排料引发的向上传播的速度波.COREX竖炉内颗粒法向应力随时间的变化较小,竖炉底部导流锥顶部存在较强的应力区,而无导流锥竖炉底部中心存在较强应力区,沟流区的应力较弱.     

冷凝式燃气热水器级间连接段流场分析

通过对冷凝式燃气热水器内部烟气流场的分析,提出了用收缩烟道连接冷凝式燃气热水器的两级换热器,并在冷凝段下方布置带孔斜板收集冷凝水的新型结构,用数值模拟方法对级间连接段的流场进行了研究。研究发现,收缩段的结构对冷凝式燃气热水器的性能有重要影响,其斜板的倾角和板上孔的分布以及换热管的排列存在着最佳结构,采用该结构的收缩段,可以使烟气以较高的速度均匀地流过冷凝换热管,从而有效地提高其换热效率。