液滴撞击深池上覆油膜的空腔演化特性

为探究液滴撞击深池上覆油膜特性,通过实验和理论方法研究撞击过程中的空腔演化动力特性,构建了多界面模型。结果表明:液滴-油膜-液池的不相溶特性导致更复杂的空腔演化过程,对于较小的弗劳德数Fr条件下,子液滴的产生原因是向下射流发生Rayleigh-Plateau不稳定性。对于大Fr条件下,撞击后形变液滴收缩导致的Rayleigh-Plateau不稳定性是导致子液滴形成的主要原因;由于不相溶界面上的切应力影响,空腔初始扩展速度随着形变界面数量增加而减小;对于薄液膜,由于未考虑油膜-深池界面形变的界面能,其无量纲空腔深度d'与Fr之间关系不满足经典关系d′-F_(r)^(1/4)。而对于厚液膜,其撞击过程可被视为水滴撞击油池,实验观测满足经典关系;采用多界面模型求解获得的有效空腔深度d'_(e)与Fr之间关系满足d′_(e)~F_(r)^(1/4)。

低弗劳德数宽尾墩多级消力池三维数值模拟

低弗劳德数二元水跃消能效率低,当无尾坎消力池受地形限制,其长度较短且下游水位较低时水跃无法稳定在消力池内,消力池下游护坦承受较大冲刷压力,甚至护坦出口水流余能对下游河床造成严重冲刷。对此,提出采用宽尾墩联合尾坎消力池来改善消能效果,并采用RNG κ-ε紊流模型结合自由面追踪的VOF方法对宽尾墩联合尾坎消能工的水流流场进行三维数值模拟,通过宽尾墩与平尾墩、设置尾坎与不设置尾坎的综合对比分析得出,采用宽尾墩联合尾坎消能工的消能体型可有效调控水流并提高水流的消能效率,明显改善消力池内水流流态,有效减少对护坦及下游河岸冲刷。研究成果可为类似工程提供借鉴。

某消力池末端河床冲刷治理方案试验研究

对于水闸下游的冲刷防护与治理,一般在方案实施前需要进行物理模型试验验证。通过对某电站典型运行工况进行模拟,反演了冲刷区域的冲刷过程,确定了最大冲刷深度和范围,并在此基础上提出了6种护底方案。通过1:70水工模型试验综合对比不同方案的防冲效果。结果表明:明渠左导墙左侧河床位置铺设2列3.0 m厚、长宽均为9.0 m的混凝土板进行护底时,各项水力学指标较优,既考虑了经济效益又切实控制了河床冲刷范围;同时推算出混凝土板与河床之间的摩擦系数范围为0.20～0.30。研究成果可为类似河床护底修复工程提供科学依据及经验。

汽液黏滞系数对空化泡溃灭过程影响的数值模拟

利用格子玻尔兹曼方法(LBM)伪势模型模拟了近壁区空化泡溃灭过程,分析了不同汽相黏滞系数和液相黏滞系数对空化泡溃灭过程中的最大微射流流速、最大溃灭压力、最大溃灭时间的影响。结果表明,相同液相黏滞系数条件下,改变汽相黏滞系数,空化泡溃灭时产生的最大微射流流速、最大溃灭压力和最大溃灭时间不变;保持汽相黏滞系数不变,空化泡溃灭时最大溃灭压力、最大微射流流速均随着液相黏滞系数的增大而减小,但最大溃灭时间随着液相黏滞系数的增大而增大。

基于伪势模型的表面张力对空化泡溃灭的影响

采用可调节表面张力的大密度比、大黏滞系数比格子玻尔兹曼伪势空化模型模拟了近壁区空化泡溃灭过程,并进一步分析了表面张力和初始空化泡内外压差对空化泡溃灭过程中流场分布的影响,探究了表面张力变化对空化泡溃灭时产生的微射流和溃灭压力演化的影响。结果表明:在近壁区空化泡溃灭过程中,随着表面张力减小,加剧了气液交界面的变形,导致微射流更为集中。同时空化泡在溃灭过程中蓄积的表面能减小,在溃灭时刻迅速释放后,减弱了空化泡溃灭强度,空化泡溃灭最大微射流流速和最大压力均随着表面张力的减小而减小,导致空化泡溃灭时间缩短,增加了壁面引起的Bjerknes力,加剧空化泡朝向壁面溃灭的趋势。