波流环境中多孔射流三维数值模拟

建立了波流环境中多孔射流的三维大涡数学模型,探讨了波流共同作用下多孔射流的扩散和稀释机制,分析了孔间距对双孔射流、射流与环境水体相互作用的影响,并给出了最优相对孔间距。模拟结果表明:在波谷相位时刻,由于横流与波浪相互作用强烈,流场内的三维涡旋结构丰富、尺度较大、数目众多,有利于射流与环境水体、射流与射流之间的掺混,这是波流环境比单一横流环境中多孔射流运动扩散效果更佳的主要原因;随着孔间距的增大,双孔射流之间的相互作用慢慢削弱,而射流与环境水体之间的相互作用却在不断增强;双孔射流在孔间距为7.0倍管口直径时扩散效果最好。

透水丁坝孔型对坝体附近水流特性影响研究

为深入探讨透水丁坝透水孔型对其附近水流特性的影响,通过室内高精度水槽试验,采用三维声学多普勒流速仪对矩形、方圆形和椭圆形三种透水孔型下丁坝附近水流流速进行测量,获得不同透水孔型影响下的丁坝附近水流流速和紊动强度分布特征。结果表明,坝后水流流速波动和紊动强度明显大于坝前,透水丁坝对近坝区水流影响较大,距丁坝越远,流速均匀性越好,紊动强度越小。透水丁坝的缓流效果与透水孔型密切相关,矩形透水孔的坝后缓流率为35.4%,缓流效果较好,方圆形透水孔次之,椭圆形最小,研究结果可为丁坝的透水孔型选择提供指导和参考。

江西营水文站平坦V型堰流量计算分析

基于矩形和梯形槽平坦V型堰流量计算公式的原理,受实际地质等条件限制,公式中各系数的率定较为复杂和困难,经实测资料验证,率定K综合系数,提出平坦V型堰流量简易计算公式。经江西营站实测检验分析平坦V型堰流量简易公式可以用于该站平坦V型堰推求水位流量关系线,并具有较好的应用效果。对于陕南巴山地区小河站,建设平坦V型堰来获取河道瞬时流量资料,无疑是最直接简便且能保证精度的最好方法。对于“十四五”秦巴山区无实测流量资料的三类水文站,可利用量水堰综合系数计算流量提供参考。

利用迷宫堰进行隧洞内配水的研究

迷宫堰是堰顶平面为锯齿状折线的一种特殊堰型,适用于需要在保证过堰流量前提下降低堰上水头且过流宽度受限制的过水建筑物。本文以实际工程为例,对迷宫堰与薄壁堰的洞内配水进行对比分析,并通过模型试验成果验证了理论计算满足工程要求,可供同类型的其他工程借鉴与参考。

多时距PIV技术在复杂流场测量中的应用

采用一种多时间间距适配(多时距)的粒子图像测速(PIV)技术对静水与横流环境下的垂向圆管射流流场进行测量,对比分析了多时距PIV技术测量结果的可靠性,探究了静水与横流环境下垂向圆管射流的运动特性。结果表明,多时距PIV技术得到的测量结果能够精确反映射流在静水和横流环境中的时均特征和紊动特征,且其精度明显优于传统PIV技术所得到的测量结果。研究发现,多时距PIV技术可既方便又精准地测量视窗内速度变化大的流场。

空腔结构对文丘里管的流场特性影响

文丘里管流动在流速较高的情况下易产生空化。本文基于对文丘里管空化流场的研究,对文丘里管喉部结构进行结构改进,采用大涡模拟的方法进行数值分析,对有空腔结构文丘里管内流场的流动特性进行分析,分析文丘里管内压力脉动,探究不同位置的压力及速度的变化,研究空化体积分数的变化,分析不同压力比条件下,空化数及空化长度的变化。通过前面的研究与分析,掌握具有空腔结构文丘里管的流场特性,为后续文丘里管的空化应用奠定基础。

明渠交汇口水流及污染物输移数值计算

针对明渠交汇口流动特性应用深度平均H L紊流模型和污染物传输方程建立了明渠交汇口水流流动及污染物输移模型;采用有限体积法离散格式及交错网格上的水深-速度校正算法进行了数值计算并应用实测资料对数值模型进行了验证。计算结果与实测资料吻合较好,表明所提出的模型能较好的预测交汇口水流分离区及污染混合区形状及大小。

不同流态下能量损失对闸门泄流特性的影响

为精确控制流量、预测其变化特性,文章采用理论方法推导自由出流、淹没出流条件下流量系数的计算公式,并结合试验现象引入能量损失系数优化公式,主要得出以下结论:淹没出流条件下的能量损失大于自由出流条件下的能量损失,且本文公式计算值与实测值符合程度较高,能精确估计流量特性,研究结果可为预测同类工程流量变化特性提供一定理论参考。

水平管内螺旋流流动特性研究现状与进展

总结了螺旋流的流动特性的研究现状以及发展方向,指出目前在流速分布、压降特性以及衰减特性等方面需要进行进一步的研究。对于流速分布,需要采用先进的测速设备进行流速的测量,比如LDV和PIV。对于压降特性,在现有公式的基础上总结出应用于实际工程领域的压降模型。对于衰减特性,需要推导出精确度高的衰减公式。

大型渠道弧形闸门过流公式测试比较

【目的】利用大型渠道实测数据,评估不同弧形闸门过流公式的适用性和性能。【方法】以南水北调中线干渠严陵河闸为对象,收集约18000组监测数据,分析不同工况下的闸孔出流特性,测试国内外常用的7种过流公式。【结果】实测闸下收缩断面弗氏数位于0.152~0.985区间,超出了南科院(NHRI)经验公式的适用范围;实测孔堰流分界点e/Hu接近0.991,超出了武水(WHUEE)经验公式的适用范围。CAP公式、无量纲公式和3种二次型经验系数公式的数据拟合R2分别为0.989、0.996、0.809、0.822和0.832,流量计算平均绝对误差MAE分别为2.25%、2.65%、4.11%、4.08%和3.98%。各公式在低、中潜流比下(X_(r)≤0.9)流量计算误差|E|max均小于10%,在高潜流比时(X_(r)>0.9)达18%(CAP公式)、25%(无量纲公式)和36%左右(3种二次型经验系数公式)。【结论】所测大型弧形闸门的工作区间明显超出了南科院和武水经验公式的适用范围,5种国外公式在低、中潜流比下(X_(r)≤0.9)流量计算误差均在10%以内,在高潜流比下明显增大,推荐优先采用CAP公式和无量纲公式。

1000MW电厂循环水流道进水池三维紊流数值模拟

电厂进水池的流态直接影响到水泵的工作状况、气蚀性能和安全运行保证率，因此在进水流池体型研究与水力设计中都特别关注这一问题。针对大型1000MW电厂进水池工程实际，应用k～ε紊流模型对进水水池及喇叭口附近流场进行三维水流数值模拟计算，分析研究了进水池及喇叭口附近的流速、压强及涡漩分布，同时也对进水池数值模拟的计算参数及网格处理进行了分析讨论。数值模拟结果分析表明，计算结果与物理模型试验数据基本一致。为了消除水泵喇叭口附近的表面漩涡和水下漩涡，作者提出了保证水泵正常运行的进水池设计控制尺寸。

多体接触问题面面接触算法研究

本文重点研究了面面接触算法:(1)将主从面算法与位码算法相结合,定义了共享实常数组用以标识"接触面对"的主面单元和从面单元,借鉴了位码方法的编码思想,将三维空间潜在接触面按一维数组分类排序,实现接触面的全局搜索;(2)点面算法与内外算法相结合,判断主节点沿平均法线方向的投影点是在目标面单元的内部或外部,并通过单元的面积坐标确定接触点局部坐标,进而得到接触关联矩阵,完成接触局部搜索定位,从而避免了求解局部接触点坐标的非线性方程;(3)本文算法将每一个接触块体作为子区域,每个子域可以独立地进行有限元剖分,并采用了拟高斯迭代法隐式求解位移增量和接触力,按照所提出的接触算法策略编制了FORTRAN源代码程序;(4)由数值算例得到了与赫兹接触问题的理论解几乎完全吻合的计算结果,同时借助于商业软件的类似接触计算功能对本文算法的计算结果进行了比较验证,结果几乎完全一致。本文算法的另一优点在于在接触搜索预处理过程中已考虑了接触区域的分解,可以方便地进行高混凝土坝和岩体高边坡静动力稳定的并行计算处理。

琴键堰不同堰高泄流特性的数值模拟

采用基于VOF自由面捕捉的全三维紊流数值模拟的方法,对琴键堰各个流量断面进行了泄流量的分析。通过比较五种不同堰高的琴键堰的泄流情况,分别从各个断面的流量所占的百分比、单宽流量和泄流效率等方面,得出了堰高对各断面的影响,从而得出了堰高越高泄流能力越强的结论,为今后的工程和研究提供参考。

水中填筑围堰边坡稳定的流-固耦合分析

详细地介绍了在流-固耦合分析过程中,特征时间和渗透边界条件的给定方法。并将其应用到泰安抽水蓄能电站围堰的流-固耦合分析中,同时,分析了基础开挖过程对围堰和基础边坡稳定性的影响。在开挖过程中,由于给定了透水边界和较合理的特征时间,最终结果表明,围堰和基础内的孔隙水压力明显下降,是由于开挖后透水边界增长,以及计算流体的特征时间增长的缘故。说明了用FLAC进行流-固耦合分析时,考虑特征时间和渗透边界条件是很重要的。

单向流作用下近壁面圆柱的流向振动

在单向流水槽中对近壁面圆柱体的流向振动进行了实验模拟。分析了圆柱流向振动位移时程曲线,探讨了圆柱振动频率随水流速度的变化特征。研究了圆柱振动幅值和频率的变化特性,结合圆柱尾迹涡的变化规律,分析了流向振动的起因。实验结果表明:随着流速的增加,圆柱流向振动经历了发生、发展和消失的变化过程,振动频率呈现出缓慢增长的趋势;在流向振动触发初期和后期衰退时,流向振动频率存在多值现象,频谱中呈现多个谱峰;圆柱流向振动所对应的约减速度范围明显小于横向涡激振动所对应的范围。

闸孔出流局部水头损失系数研究

为了填补现有水力计算手册中关于确定闸孔出流局部水头损失系数的空白,在当前闸孔出流水力计算理论与实践的基础上,根据能量方程导出了平板闸门闸孔出流局部水头损失系数ζ的定量计算公式。即ζ=0.610 3（e/H）^3-0.290 8（e/H）^2＋0.117 5e/H＋0.040 6,ζ随闸孔相对开度e/H的增大而增大,其变化范围为0.04-0.16。

孔堰流分流点竖向位置实验探究

孔流与堰流同时存在时,分流点的位置是区分2种流态的重要指标。为得到分流点竖向位置,以便更好地区分2种流态,本文采用物理模型实验,通过不同参数的分析比较,提出了分流点竖向位置的数学关系表达式。基于水力学基本理论,采用雷利法给出影响分流点竖向位置的无因参数,分析各参数与分流点竖向位置的关系并对参数的敏感性进行比较;基于最小二乘法,建立5种不同参数的分流点竖向位置的数学模型,通过统计指标的比较得到预测分流点竖向位置的最优模型;对最优模型进行检验并与实验值进行比较,得到该模型可用来精确地描述分流点的竖向位置。本文提供的分流点竖向位置计算表达式可用于实际工程并为相关水利工程的泄流能力研究提供依据。

悬板分层水流流动特性的测试研究

随着悬板分层式引水枢纽工程近年逐步被推广应用，对其水流特性及输沙机理的研究也越来越受到人们的重视。本研究利用激光测速仪首次对悬板分层水流流场特性进行了测试。

大型电站叠梁门分层取水进水口水力特性研究

电站进口前加设叠梁门后引起局部水流条件复杂,本文以模型试验和数值模拟为研究手段,系统阐述了叠梁门分层取水进口水流流态、门顶最小运行水深、水头损失和叠梁门反向附加水击压力等。研究表明,加设叠梁门后机组各栅孔进流较为均化,门井水面波动加大,主要引流区间在门顶以下10 m—门顶以上25 m水域,叠梁门门顶最小运行水深一般为15~30 m,进口段水头损失1.20~1.95 m（水头损失系数为0.45~1.15）,较无叠梁门时增大1.11~1.63 m,对机组发电经济效益将产生一定影响,机组甩负荷对叠梁门下游面板产生的附加水击压力（2.9~3.0）×9.81 k Pa。

有坎宽顶堰闸孔出流研究

研究了有坎宽顶堰闸孔出流临界水跃情况。通过动量方程及连续性方程推导,建立了该情况下共轭水深比与收缩断面处弗劳德数之间的关系式,并结合图表分析了有坎情况下坎高与收缩断面水深的比值对临界水跃跃后水深的影响。比较宽顶堰闸孔出流有坎与无坎两种情况下的跃后水深表明,在堰坎的扩散作用下,有坎情况下跃后水深小于无坎情况下跃后水深。通过模型试验验证,发现堰坎对临界水跃的影响十分显著,相对于无坎情况跃后水深有所减小,试验结果与理论计算结果吻合较好。