多股多层水平淹没射流数值模拟研究

多股多层水平淹没射流是一种新型消能型式。本文采用VOF(VolumeofFluid)法和RNGk-ε紊流模型结合向家坝水电工程对多股多层水平淹没射流进行了三维数值模拟,将计算值与实验值进行了对比,计算值与实测值吻合较好,表明数值模拟方法是研究消力池水流运动规律及消能机理的有效途径。文中分析讨论了多股多层射流进入消力池后的水流结构与消能机理,研究结果表明:多股、多层射流进入消能水体时,在各主流的四周有一个消能旋滚,形成多个强剪切层消能区,消能率较高,但在平面上没有形成明显的、贯穿的立轴旋涡。同时,由于各漩滚的相互作用,能有效减小对消力池固壁的冲刷。

多喷孔射流的三维紊流数值模拟及消能分析

多喷孔淹没式套筒阀是一种用于压力管道的新型消能型式,它是利用多股多层喷孔使水流高速喷出后在消力池内卷吸、掺混,形成强烈紊动水流来消减能量。喷孔的大小、数量以及布置方式决定了该消能工的消能效率。本文采用RNGk-ε紊流模型对管道出口多喷孔射流消能进行了三维数值模拟研究,对喷孔的优化布置方式进行初步的探索,对该消能工的消能机理以及其它水力特性也进行了分析讨论。提出了断面余能比概念,并以此通过分析比较不同喷孔个数以及喷孔布置方式下的消能效果,发现喷孔交错梅花状布置的消能效果明显优于平行排列的布置方式,给出了断面比能与喷孔个数的变化曲线。

层／湍流等离子体射流的稳定性与三维特性的实验观测研究

采用普通照相和短时间曝光成像的ICCD照相技术,观测了低于大气压条件下产生的纯氩和氩-氢直流电弧等离子体射流的高温区的瞬时形貌及其变化,结合电弧弧根在阳极表面贴附行为的观测结果,对射流的稳定性与三维特性和弧根行为之间的关联进行了分析。结果表明,层流等离子体射流的高温区长度明显长于湍流射流情形,并且具有很好的轴对称性和时间稳定性;湍流射流的高温区瞬时形貌则表现出明显的三维特征;等离子体射流的三维特性与弧根在阳极表面的贴附行为没有直接的联系。

多孔淹没紊动射流三维流场模拟及消能分析

采用RNGk-ε紊流模型,结合万家寨引黄入晋工程第1区段压力管道出口多喷孔淹没射流消能,进行了三维数值模拟研究,对不同喷孔个数时流场的时均特性和紊动特性进行了比较,分析讨论了多孔淹没射流进入消力池后的水流运动规律与消能机理。结果表明,射流动量的分散程度是决定消能效果的关键,在保持孔口总面积不变的条件下,随着喷孔数的增加,消能效果显著提高,但当喷孔数增加到60个时,其变化显著减缓。多喷孔射流进入消能水体后,射流水股与周围水体接触面积极大增加,在距离喷孔出口0.41 m左右时射流能量迅速衰减,加之各水股间的相互卷吸、掺混,形成了多个强剪切消能区,消能率较高。同时,由于各漩滚的相互作用,可有效地减小其对消力池固壁的冲刷。

单股窄薄片状射流入射水垫塘流场数值模拟研究

表孔宽尾墩—深孔窄缝挑坎联合泄洪形成的窄薄片状交错射流消能是一种新型消能型式。采用RNGk-ε紊流模型和VOF法结合溪洛渡双曲拱坝反拱形水垫塘对单股窄薄片状射流入射水垫塘的非定常流场进行了三维数值模拟。全面细致的分析讨论了单股窄薄片状射流进入消力池后的水流结构与消能机理,为进一步深入研究多股多层窄薄片状射流和该种新型消能型式的应用奠定基础。

三维对流扩散方程的混合有限分析解

本文应用线性徽分方程的算子迭加原理，将二维对流扩散方程的有限分析法交替方向用于三维对流扩散方程，从而得到较三维有限分析法简单实用的混合有限分析法．接着用数学分析法证明了该方法的稳定性和收敛性．并用指定强迫解方法对方程离散格式和程序设制等做了验证．最后计算了三维紊动射流，计算结果与实验资料一致，表明用混合有限分析法计算三维对流扩散问题是可行的．

淹没紊动射流三维流场特性的数值模拟

采用RNGk-ε紊流模型对有限空间的单孔、双孔紊动射流的流场进行了三维数值模拟研究。研究结果表明:无论入流条件如何变化,经无量纲处理后的轴线流速分布曲线几乎都落在同一条无量纲速度分布曲线上,说明流动存在相似性。双孔射流时,流场存在分区结构,在不同的喷嘴间距下,射流的卷吸程度不同,S/D越大,射流之间的卷吸掺混作用越弱。