波浪往复流作用下沙纹床面的旋涡结构和悬沙运动数值研究

波浪作用下沙纹上的泥沙输运在海岸地貌的塑造中具有重要的地位,但相关的传统数值模型的精度受制于泥沙近底边界条件等因素。从最大程度节省计算成本且保证精度的角度考虑,该文发展了单相流的泥沙输移扩散数值模型以研究波浪往复流作用下沙纹床面的旋涡结构和悬沙运动。泥沙近底边界条件考虑了非线性波作用下的加速度效应和非对称边界层发展,以及泥沙的质量守恒和相位差效应。模型考虑了颗粒惯性及尾涡对泥沙运动的影响,同时以更适合沙纹上逆压梯度流的SST k-ω紊流模型闭合时均雷诺应力。数值结果与实验数据符合良好,可以准确预测沙纹固定点的周期浓度变化以及平均悬沙浓度在垂向上的分布。该文进一步选用边界截止涡量进行了涡中心、涡大小和涡强度的定量分析,用数值结果描述了旋涡的形成、发展和喷射过程以及对应的沙云团发展。

往复流散热方式的锂离子电池热管理

为解决电池模块内部单体电池间的温度不均匀性而影响电池的使用性能和寿命的问题,本文中采用了一种往复流冷却方式,使冷却空气流动方向周期性逆转,以降低单向流空气冷却方式时单体电池沿空气流方向的温度梯度。结果表明,采用往复流冷却方式后,在1C和13.33C放电倍率下,电池温度均匀性分别提高了12.1%和62.4%,电池模块的使用性能和安全性得到改善,电池使用寿命得以提高。同时,文中还利用计算流体动力学虚拟试验与正交优化相结合,对影响往复流散热性能的往复流入口的速度与温度和往复周期3个参数进行了优化,并揭示了它们对电池最高温度和温差的影响规律。

沿岸往复流海岸电厂平面二维温排水数值模拟研究

应用Mike21FM模型对马来西亚沙巴电厂沿岸往复流海岸温排水进行了数值模拟,采用非结构化网格,率定了模型参数,建立了水动力模型,对取、排水口不同位置方案进行了数值模拟预测。分析结果显示,排水口位置的变化对温升分布影响较大,温度场几乎不因取水口位置的改变而变化;在水深较大位置进行温水排放对取水温升的控制更为有利;取、排水口之间断面面积比距离更能反映取水温升受温排水的影响,断面面积越大,取水水温温升越小。

往复流多孔介质燃烧器的二维数值模拟与结构改进

对往复式惰性多孔介质燃烧器进行了二维数值模拟,模型的有效性通过实验数据进行验证.在燃烧器中分别填充4孔/cm泡沫陶瓷或小球,研究其内部的燃烧温度和压力损失.结果表明,由相同材料制成但结构不同的多孔介质对燃烧器内的高温区域和压力损失有显著的影响.孔隙率较大的泡沫陶瓷适合于布置在燃烧区,而孔隙率较小的小球适合于布置在热交换区域.改进燃烧器结构,即在燃烧器的中间布置泡沫陶瓷,而在两端布置小球.对于当量比为0.1的甲烷与空气混合气,得到了更为宽广的高温区域和适度的压力降.

往复流作用下粉砂的起悬和沉降过程

介绍了旋转环形水槽的结构和工作原理,提出了削弱环形水流离心力的方法,通过环形水槽中周期往复流泥沙运动试验得出水体含沙量与床面剪切力和水体挟沙力之间的关系。

基于延迟往复流的强化复氧人工湿地脱氮效果初探

采用空气导管强化复氧人工湿地处理农村污水时,改进其运行方式,可显著提高单级人工湿地脱氮效果。实验结果表明,改进型强化复氧人工湿地以高浸润线7 d和落空1 d采用延迟往复流的方式连续运行,每周期平均出水氨氮质量浓度可达GB 18918-2002一级B标准,TN去除率可提高至46%。氮去除负荷为3.27 g/(m2·d),脱氮能力比传统人工湿地提高近1倍,可达两级串联湿地脱氮水平。在同等脱氮效果下,可显著减少人工湿地占地面积。

定常流和往复流下冲击式透平气动特性分析

为充分利用振荡水柱式波能装置中的往复流能量,选取冲击式透平作为研究对象,以输入系数、扭矩系数和效率作为性能指标,对该透平在定常流和往复流下的性能进行三维模拟分析,通过文献对比验证了计算结果的准确性。结果表明:冲击式透平的几何参数中,外径间隙宜取1 mm左右,动叶片数量宜取30;在往复流下,冲击式透平的性能曲线因加、减速阶段性能不同出现迟滞环,其中输入系数曲线呈现顺时针滞回环,而效率曲线出现逆时针滞回环,这主要是由于加、减速阶段涡轮两端压降不同造成的,扭矩系数相比而言没有明显的迟滞现象。通过比较定常流和往复流结果发现,往复流流动频率越低,透平性能越接近定常流下的性能,从而证实了准静态分析方法的可行性。

三峡工程上游引航道往复流对通航的影响

结合三峡水利枢纽上游引航道通航水流条件的试验研究，阐述了上游引航道往复流的运动特征及其产生发展过程。并分析了往复流对通航条件的影响，提出了消减往复流强度，改善通航水流条件的一系列工程措施，结论可供设计参考。

往复流人工湿地处理城市污水的效能研究

使污水周期性地往复流过水平潜流湿地而构成往复流人工湿地,以提高人工湿地处理污水的效能。对两块大小、填料、植物都完全相同的往复流湿地和单向流湿地进行了历时为8个月的对比试验,结果表明:在同等运行条件下,两种人工湿地对COD、SS的去除率大致相当,分别为76.3%和97.1%;往复流人工湿地对TP、TN、NH3-N等指标的去除效果明显优于单向流湿地,其对TP、TN、NH3-N的去除率分别为76.3%、41.7%、35.6%,而单向流湿地的只有65.2%、27.6%、16.9%。

往复流不同入射角条件下跨海大桥桥墩局部冲刷研究

文章以港珠澳跨海大桥工程为依托,采用理论计算和模型试验的手段进行研究,在公式得到验证的基础上,针对往复流不同入射角条件下桥墩局部冲刷深度问题进行探讨。结果表明:潮汐往复流条件下,桥墩上下游均出现局部冲刷,且上游冲刷深度大于下游;当桥墩迎流面与往复流流向基本垂直时,桥墩局部冲刷深度理论计算值略大于模型试验值,误差均在10%以内;在顺流面长度大于迎流面宽度的矩形桩墩墩型条件不变时,桥墩局部冲刷深度随往复流来流入射角的增大以变速率增大,且当入射角大于一定值时,桥墩冲刷深度趋于稳定。

往复流水槽模拟潮汐的控制实现

在往复流水槽中要精确模拟出潮位和潮流的变化过程曲线,对于水槽的控制系统尤为关键。设计出了一种基于可编程自动控制器(PAC),采用现场总线和I7000系列分布式数据采集模块组成的潮汐模拟控制系统。通过对核心部件I-7188EG可编程自动控制器的编程设置,实现了水槽中水的流向、水位和流速等参数的精确控制。解决了传统机械调速和水位控制装置的繁杂和不稳定性等问题。实验结果表明:该控制系统在模拟潮位和潮流变化过程中具有较高的精确度和稳定性。

往复流作用下深水网箱的单锚腿系泊系统设计及效用评估

现有的多点系泊系统的复杂性及其暂无替代系泊方式是制约网箱养殖产业走向深远海的因素之一。借鉴单点系泊系统的优势,设计出一型可应用于往复流情况下的新型单锚腿系泊系统,通过计算和海域实测试验表明,该单锚腿系泊系统具备两级刚度的特点,满足网箱的系泊需求。在此基础上,以NACA0030对称翼形网箱为系泊对象,对单锚腿系泊系统与翼型网箱的耦合系统展开了南海海域50YRP海况下7个典型工况的扫略计算,完成系泊系统的安全与效用评估。结果表明,所设计的系泊系统在15~50 m水深范围内均具备较高的安全性,最适宜30 m水深使用。

往复流作用下悬移质泥沙运动规律的数值研究

本文从水沙两相紊流的双流体数学模型出发,采用直接数值计算的方法,研究了海床面附近边界层内往复流对悬移质泥沙运动的影响。研究方法的有效性通过典型问题的流速分布、紊动能量分布以及泥沙浓度分布的计算结果和实验观测结果的比较得到了良好的验证。本研究还探讨了往复流条件下各类相间作用力的时空变化规律及其对悬移质泥沙运动的影响。

往复流作用下的粗颗粒推移质的输沙规律

推移质是海岸带泥沙输运的重要组成部分,粗颗粒推移质在波浪、潮汐等往复流作用下的运动规律是海岸工程建设的重要依据。从理论分析和试验研究两个方面分别对往复流作用下的粗颗粒推移质输沙规律进行了研究,提出了一个瞬时推移质输沙率的计算模型,并将试验结果与该模型的计算结果进行了对比验证,发现该计算模型对线性往复流作用下的推移质泥沙的运动趋势模拟良好,但对于其相位滞后效应考虑不足,其误差来源在于对附加质量力的忽略。

往复流中射流的流态研究

为研究近海水域的排污扩散规律,推导了往复流中射流流团运动轨迹与计算式.对排污工程进行概化,给出了模型的边界条件与数值模拟的工况,利用重组化群紊动能-紊动耗散率紊流模型,对往复流中射流流态进行了模拟,验证了数值模拟结果,研究了射流流速分量等值线分布,采用半经验半理论的方法分析了射流流团涡心运动规律.结果表明,受横流控制,射流z轴方向流速分量w等值线(简称:射流w等值线)在对称面上手形对称,形成两排并行的流团,流团在运动过程中互相掺混,形成Y状外形.在z剖面上射流w等值线形成一对同心圆.得到了流团涡心运动轨迹x与z分量随时间t变化的函数关系式.

近岸往复流同向推动涡轮发电装置

本文介绍了一种近岸往复流同向推动涡轮发电设备,由进水通道、排水通道和横向通道组成,近岸海水的往复流动通过发电设备被转化为涡轮的单向旋转.同时,根据近岸往复流特点,分析了近岸海水流速、横流通道两端压差和输出功率关系,当近岸海水流速较小时,需要增加进水通道流通截面积;当近岸海水流速较高时,需要减小涡轮发电机转矩,提高发电设备输出功率.

一种新的往复流试验平台及其泥沙冲刷试验研究

本文提出一种可以模拟潮流运动的自动化控制水槽。该水槽可以实时控制往复流两端的水位,实现水流的往复运动,并可以按计算机要求实现水位的稳定或渐变。本文同时利用该水槽进行了圆柱形桥墩周围的床面冲刷试验,试验在低流速固定水位、高流速固定水位及往复流三种水流条件下进行,并以试验所获得的测试数据、照片为基础,分析了不同水流条件下圆柱形桥墩周围的床面冲刷情况。试验发现在桥墩附近,水流的旋滚运动及旋涡系是造成床面冲刷的主要原因,另外对于往复流情况,桥墩附近床面受到的冲刷比固定水位冲刷时要严重,也更为复杂。

往复流作用下海底管线冲刷模拟研究

海底管线冲刷悬空是诱发管道涡激振动破坏的一个主要原因。为更好地对管线冲刷悬空情况进行评估,本文应用水动力-泥沙冲刷耦合模型,对往复潮流作用淤泥质海床海底管线局部冲刷过程进行了模拟研究,模型采用标准k-ε紊流方程对N-S方程进行封闭,控制方程采用有限差分法进行离散,模拟结果表明,双向潮流作用下,管道局部冲刷轮廓基本呈现对称状态,其最大冲刷深度位置因水流流速的转向而有所摆动,往复流引起的冲刷深度较恒定流情况减小约20%左右。

往复流作用下潮流能水轮机单桩基础冲刷试验

为研究往复流作用下潮流能水轮机单桩基础局部冲刷演变机制,在水槽中开展物理模型试验,探讨了水流强度对潮流能水轮机单桩基础冲刷过程的影响规律,并与仅单桩工况进行了对比。试验结果表明:往复流作用下,潮流能水轮机单桩基础冲刷过程具有显著的周期性震荡、逐步提高的特点;叶轮的存在加快了基础冲刷过程,增加了最大冲刷深度;最大冲刷深度随着水流强度的提高呈线性提高,震荡幅度也随着水流强度的增加而增大;相比于单向流,双向流减弱了潮流能水轮机单桩基础冲刷深度,但随着水流强度的提高,单向流和双向流作用差异性逐渐降低。

往复流作用下推移质输沙强度的计算公式

为了研究往复流的非恒定效应对推移质运动的影响,能够更准确地预测往复流作用下推移质输沙强度的大小,本文通过对泥沙颗粒运动进行受力平衡和能量守恒分析,推导出往复流作用下推移质输沙强度计算公式,同时将Keulegan-Carpenter数引入公式中对相位滞后效应进行修正,最后根据往复流水槽的实验数据拟合得到一个用于计算半周期平均输沙强度的半理论半经验公式,该公式在小KC数情况下对实测值的预测相比于传统的准恒定流模型有明显提高。