推进泵快速启动水力特性及流场演变研究

为了提高鱼雷的出管速度,本文基于雷诺时均N-S方程和SST k-ω湍流模型建立鱼雷发射推进泵快速启动瞬态计算模型,采用数值方法研究三种启动时间条件下推进泵的水力特性及流场演变。研究结果表明:随着时间推移,流量和推力持续增加,扬程、轴向力、轴向力矩和功率先增大后减小,效率先增加后保持稳定。扬程、轴向力、轴向力矩和功率在加速结束瞬间存在极大值,且极大值随着启动时间的增大而减小。启动初期,叶轮区域存在严重的来流冲击、流动分离和漩涡结构,随着时间推移,流场逐渐趋于稳定;启动时间对推进泵流场演变具有显著影响,启动时间越小,流场越快达到稳定状态。为保证推进泵在启动过程中无空泡产生、内部流场以较快时间运行至稳定状态,建议以0.2 s启动时间启动推进泵。

入口流量对螺旋溜槽首圈流场演变及矿物颗粒分布的影响

螺旋溜槽首圈流场特性及其演变对矿物颗粒运动与分离结果具有决定性影响.针对实验室ϕ300 mm螺旋溜槽,采用RNG k-ε湍流模型､VOF和Eulerian Multi-fluid VOF多相流模型,系统考察了入口流量对螺旋溜槽首圈流场演变及赤铁矿和石英颗粒分布的影响.结果表明,增加入口流量会延长外缘处流膜形态､主流及二次环流达到稳定时的历程;随着入口流量的增大,石英和赤铁矿的分层效果得到增强,赤铁矿分布范围相应变宽,而石英向外缘流膜中的迁移量增加;首圈的最大分离效率随入口流量的增大呈现先增大而后渐稳的趋势,适宜的最低入口流量为7 L/min,此时首圈的最大分离效率可达61.45%.

动态沉管流场演变全过程分析

在沉管工程建设中,管段的沉放是一项十分关键的环节。在管段沉放的过程中,由于水流流线发生了改变,基槽内的流场会发生变化,进而对基槽边坡的稳定产生影响。文章以引江济淮工程沙颍河沉管工程为例,围绕管段沉放环节,在FLUENT中反演了管段沉放过程中基槽流场的变化,得到了管段沉放对基槽边坡稳定性的影响规律。

湛江市地下水流场演变特征

文章研究了湛江市50年来的地下水流场变化特征,得出以下结论:市区中、深层承压水经过近50年的集中开采,已形成了以人工开采区为中心的区域水位降落漏斗;浅层水一直未作为集中供水水源,未形成区域水位降落漏斗。影响地下水流场变化的因素主要为开采量,其次为地下水的开采方式及水文地质条件。

跨介质航行器波浪环境入水流场演变和运动特性研究

跨介质航行器是一种既可以在空中飞行又可以在水下潜航的新概念航行器,基于仿生学原理,提出一种通过改变外形实现水空介质跨越的航行器模型,通过入水试验装置和计算流体动力学方法,对航行器带攻角从空气到水的介质跨越过程进行了试验和数值仿真研究,得到了跨介质入水过程航行器的运动姿态和入水空泡形态,并通过数值仿真得到了航行器的升力、阻力、速度和加速度演化规律。同时基于数值模拟方法对有波浪情况和静水情况下航行器入水过程空泡演变以及运动特性进行对比。结果表明:提出的航行器构型在水中具有较好的姿态调整能力,波浪的有无和波高的不同都会对航行体入水运动特性造成影响。

基于三维数值仿真的球式配流阀阀口空化流场特性研究

针对球式配流阀在配流过程中阀口出现的空化问题,建立三维流域仿真模型。结合Zwart-Gerber-Belamri空化模型和湍流黏度修正后的重整化群κ-ε湍流模型对球式配流阀空化现象进行数值模拟,通过典型工况下流场体积分数云图与气相等值面图,揭示阀口空化强度及空泡形态的周期性演变规律,并基于速度场和压力场分析,阐明空化周期性演变过程中的流场特性。同时探究阀口开度、入口压力和背压对空化流场的影响规律。结果表明:球式配流阀阀口空化特性受开度影响,开度越大,空化范围与强度越小,周期性的空化流场演变在开度超过0.3 mm后不再出现;背压的增高使空化区尾部无法向出口发展,抑制了流场空化范围,同时降低了流场周期性脉动频率;增大入口压力将加快阀口空化初生速率,当开度超过0.4 mm后,入口压力对阀口空化强度影响减弱。

无人机入水发射流场仿真及冲击特性分析

跨介质航行是近年来无人机应用领域的重要研究内容。本文通过数值模拟方法,对某型号飞翼式无人机在不同工况下发射入水过程流场演变及运动姿态进行对比分析,同时对其入水冲击响应进行了数值仿真研究,得到不同发射工况下无人机的入水冲击载荷响应情况。结果表明:该型号无人机入水过程的姿态变化同时受水面条件及发射工况影响,静水工况下以25°入水角、4 m/s的条件发射无人机入水时,可实现最优的姿态恢复时间及入水冲击载荷响应值。

泵站有压输水系统启动过程中蝶阀非定常流场研究

蝶阀广泛应用于有压输水系统,其开启过程是输水系统启动运行的必经阶段。在开启过程中,阀板需按预定的规律在流场中做旋转运动,具有变压差变截面的特点。本文针对泵站加压输水系统,采用一维/三维耦合计算思路,对蝶阀上下游的管路段按准恒定假设基于伯努利方程、对蝶阀所在的三维流体域基于动网格策略,构建了蝶阀开启过程数值分析方法,提出了模拟计算的动态边界条件及数据更新方式,对蝶阀开启过程非定常特性进行了三维数值模拟。研究结果表明,当阀板转角由0°匀速增大至90°,管道流量在阀板转角0~45°范围内快速增长,在45°时达到额定流量的90%,之后流量增长速度变缓。阀板水力转矩呈先快增后慢减的变化趋势,最大水力转矩出现在阀板转角20°时。从蝶阀前后流场可以看出,在阀板下游具有从两个主涡到流线平顺的演化特征。该研究揭示了蝶阀开启过程中水力瞬变演化机理,为优化蝶阀设计和输水系统稳定运行提供了参考。

综掘巷道径向涡旋运移对截割产尘污染的影响

为了掌握综掘巷道风幕运移动态过程对截割产尘污染的影响规律,以进一步提高风幕阻尘效率。采用数值模拟与现场实测相结合,研究分析不同径向涡旋强度和运移距离条件下综掘巷道流场结构演变和粉尘污染。研究结果表明:径向涡旋以贴壁旋流形式运移,随径向涡旋强度和运移距离增大,运移过程中分别形成偏向压风侧和轴向的支流,随后径向涡旋转变为均匀轴向流场,粉尘污染随之分别呈不断减小和先增大后减小的规律。掘进司机处粉尘质量浓度与径向涡旋强度和运移距离间分别满足玻尔兹曼分布Boltzmann模型和对数正态分布LogNormal模型。当径向涡旋强度为0.9,运移距离为30 m时,能够实现高效控尘,现场实测结果显示,掘进司机处总尘和呼吸性粉尘降尘率分别达到82.7%和78.3%,能够有效改善人员作业环境。研究结果可为煤矿综掘巷道粉尘污染高效控制与治理提供参考。

水泵水轮机低水头起动过程水力特性分析

抽水蓄能机组在低水头并网发电过程中常会由于水力不稳定性和其自身的反“S”特性导致并网失败,严重影响电力系统的调节品质。为探究水泵水轮机低水头起动过程的水力特性,基于力矩平衡方程控制转轮实时转速,采用增量式比例–积分–微分(proportion integration differentiation,PID)算法对活动导叶开度进行实时控制,借助动网格技术和计算流体动力学方法开展考虑PID控制的水泵水轮机低水头起动过程数值模拟,建立水泵水轮机内部流动演变与外特性变化的关联机制。研究表明:转轮所受压力在起动过程初始阶段最高,叶片表面压力系数为1.22,经过PID调节后减小至1.08。起动过程中转轮力矩的变化主要受叶道涡及驻点位置改变的影响,驻点在叶道内沿逆时针方向移动。水头的变化与转速和回流形态的演变密切相关,表现为转速主导影响了水头的变化频率,而回流的具体形态则影响了压力场的分布,进而决定了机组段水头的数值大小。研究成果可为提高水泵水轮机在低水头起动并网成功率提供参考。

蒙陕接壤区典型煤层开采地下水系统扰动的定量表征

生态脆弱区煤矿高强度开采扰动地下水系统,造成水资源损失。选取黄河流域中段蒙陕接壤区东南—西北走向剖面典型浅部开采和深部开采矿井为研究对象,利用覆岩破坏理论分析、数值模拟、井下实测3种方法,并通过周边地质和开采条件相似矿井实测数据对比,综合确定了浅埋复合煤层开采和深埋单一煤层开采导水裂隙带发育高度,根据导水裂隙带与顶板主要含/隔水层空间位置关系,划分出浅埋煤层开采直罗组−志丹群含水层充水模式和深埋煤层开采直罗组含水层充水模式;通过概化不同含水层充水模式地下水流系统,构建了典型煤层开采地下水三维非稳定流数学模型,并利用Visual Modflow软件建立了2种工况地下水流数值模型,对接续期2023—2024年工作面开采地下水流场和水资源损失量进行了定量预测,并利用涌水量实测数据验证了模型可靠性。结果显示:受扰动的浅埋区志丹群、直罗组含水层,以及深埋区直罗组含水层地下水呈现向采空区汇集现象的同时,流场也伴随采后煤层顶板二次稳定结构的形成而逐步恢复,但围绕采空区附近,充水含水层地下水流场表现出局部高水力梯度现象;另外,2种采煤工况接续期水资源损失量年均分别达到200万m^(3)和730万m^(3)以上。研究结果为区域水资源损失超前精细控制和矿井水资源化利用提供了参考。

LES和k-ε湍流模型对斜向淹没射流的数值模拟研究

采用k-ε和LES大涡模拟两种湍流模型对斜向射流入水垫塘的流场进行了三维数值模拟研究,得到了射流的流速、涡量、压力等水力特性,并与粒子成像测速仪(PIV)得到的结果进行对比。结果表明,射流入水垫塘后其流态为典型的三维流态,受射流上下游紊流涡的影响,射流轴线、速度及压力分布呈现时空随机性的特征。k-ε湍流模型因对涡的各向同性假设,其计算结果不能反映斜向淹没射流流场结构的随机性特征,而LES大涡模型则可获得斜向淹没射流流场的时空随机性流场结构,如射流轴线、流速矢量分布、涡量场和压力场,准确揭示斜向淹没射流入水垫塘的流场演变过程和消能的剪切、混掺机理,并与PIV测试结果吻合良好。