丁坝紊动特性试验研究

利用三维超声学多普勒流速仪对丁坝坝头附近水流和回流区水流的紊动特性进行了系统的观测和分析,得到了丁坝坝头和回流区的水流特性及紊动动能的分布规律。

不同坝型丁坝坝体周围水流紊动特性试验研究

通过水槽试验,结合理论分析,研究丁坝附近水流紊动强度沿水流方向、水深方向和横向的分布规律。绘制5种不同坝体结构形式其周围水流脉动动能和紊动强度的分布等值线图并分析分布规律,进一步探讨不同坝体挑角对丁坝附近水流紊动强度和脉动动能的影响。

海水泵站流道非对称引水流态特性数值模拟分析

为探讨海水泵站流道非对称引水流态特性,基于OpenFOAM建立了某液化天然气接收站海水泵站流道数值模型,在利用实测数据验证的基础上,模拟计算与分析了对称和非对称引水时,流道内流速与紊动动能分布特征。模拟结果表明:海水泵站非对称引水时,水流进入前池后流速较大,在低水位下水流无法充分扩散,在流道入口处形成偏流,行进至海水泵前断面水流分布已基本均匀;非对称引水时,海水泵所在进水池各断面均匀性指数平均值高于对称引水工况,且各海水泵进水池的紊动动能平均值也小于对称引水工况;从过水断面流速分布均匀性以及紊动量级来看,非对称引水对水泵运行更有利。

航道清礁对西江鱼类保护区紊流体的影响

河底裸露的礁石增加水体紊动,有助于鱼卵正常形成,大量存在礁石的河段往往是鱼类栖息和产卵的重要场所。礁石也存在碍航的可能,航道清礁一定程度上影响水体紊动强度,改变鱼类栖息环境。为此,在重要鱼类栖息河段进行航道清礁需充分论证。以紊动动能作为评价水体紊动强度指标,开展西江中游珍稀鱼类保护区河段三维紊流数值模拟,计算并统计航道清礁工程前后水体紊动动能及不同强度的紊流水体体积,分析其变化规律及原因。研究结果表明,断面中紊动动能强度与水深成正相关关系;清礁工程导致河段中弱紊动动能的紊流水体体积增加,强紊动动能的紊流体积减小;底层水体紊动动能的变化量高于表层;强紊动动能水体体积减少的变化率大于弱紊动动能水体体积增加的变化率。

基于ADV的底床切应力测量精度提升实验探究

泥沙冲刷实验常利用三维流速仪的测速数据剥离近底紊动动能参数,推算底床切应力。然而不同研究中流速测点高度不同,推算的底床切应力往往差异较大,影响了该方法的推广应用。基于管式冲刷水槽实验,分析了定床和动床下近底水流结构,探讨了提高底床切应力推算精度的方法。研究结果表明,管流距底0.3~1.3 cm处流速符合对数分布,在该区间内,紊动动能垂线剖面向上先增大后减小,动床的梯度更为显著,造成距底不同高度的紊动动能相对偏差达50%,这是单点法推断底床切应力误差的主要原因。在此基础上,提出使用紊动动能垂线平均值反算底床切应力,其计算结果优于传统的流速剖面法以及单点法。

修圆角形过渡阶梯对阶梯溢流坝消能特性的影响

本文以阿海水电站的阶梯溢流坝为原型,应用水气两相流VOF计算方法以及三维RNG k-ε紊流模型,采用PISO耦合的算法计算速度、压力,利用几何重建格式迭代求解非恒定流,对过渡阶梯段的圆角半径R为0.188m、0.219m、0.250m时的修圆角形过渡阶梯进行数值模拟。主要针对阶梯溢流坝的压力场、紊动动能等水力特性进行研究,分析修圆角形阶梯的圆角半径对阶梯溢流坝面消能的规律。模拟结果表明,修圆角形阶梯的半径越大,在阶梯溢流坝面产生的时均压强越小,紊动动能越大,消能效果越好。圆角半径为0.250m时的修圆角形过渡阶梯在阶梯溢流坝面上的时均压强最小,为112.985kPa,紊动动能最大,为9.090m ^(2)/s ^(2)。

近岸破碎波水体掺气及气泡输运过程研究

为准确探讨破碎波作用下气体如何卷入以及气泡的形成与输运特性,文章结合粒子图像测速技术(particleimage velocimetry, PIV)、高速相机和气泡测量系统,以及基于Navier-Stokes方程的三维数值模型对气泡形成及其运动过程进行研究。研究结果表明:文章建立的数值模型能合理地捕捉到破碎波作用下气体的卷入及其输运过程;波浪的破碎会形成较大的气腔,其破裂过程又将产生大量的气体微团;气泡会增加水体的紊动,造成水体与空气交界面附近形成大量的漩涡以及水体的飞溅;气泡的破裂会消耗大量的水体能量,同时发现较大的紊动动能与气泡的生成有关,且气泡数随平均紊动动能的增加呈线性增长关系。

k-ε双方程水库水温模型浮力模拟分析

在比较国内外常用水库水温紊流模型的基础上,针对采用k-ε双方程紊流模型的宽度平均立面二维水库水温模型,从理论分析和数值模拟两方面讨论了k-ε紊流模型在模拟温差异重流时紊动动能生成项和浮力项的作用机理。分析了紊动动能生成项和浮力项对紊动动能和耗散率各自的影响程度,对水温垂向梯度与紊动动能的相互制约关系进行了探讨,研究了紊动动能浮力项和生成项在水库垂向的分布规律。W2模型根据实测数据率定的涡黏系数或混合长度在通用性上存在一定不足,但在使用者经验丰富的条件下仍能得到足够精确的预测结果。k-ε模型紊动动能生成项和浮力项引起的耗散率改变对紊动动能的影响作为小量可予忽略;k-ε模型可通过紊动动能生成项和浮力项计算与垂向流速和温度分布相适应的涡黏系数,将温差浮力影响反映在垂向动量方程中;浮力项主要受垂向温度梯度控制,紊动动能与垂向温度梯度的相互制约关系是k-ε紊流模型模拟温差异重流的关键因素。

剪切流作用下浮泥层悬扬速率计算方法综述

浮泥的悬扬速率是反映其悬扬特性的重要指标,针对剪切水流作用下浮泥的悬扬过程,总结了表征悬扬强度的临界水动力指标,如悬扬流速、临界水流剪切力等;并进一步阐述了反映变化过程的悬扬通量计算模式,包括根据TKE方程建立悬扬模型,及基于Richardson数推算无量纲悬扬速率E,在此基础上分析了黏性、屈服应力、悬沙沉降、边壁阻力等因素对悬扬速率的影响。更深入的研究可从絮凝作用、盐度、生物扰动等多因素耦合影响或界面波的发展规律等问题展开,以期提高悬扬模型的计算精度。

同波折板絮凝效果与流场模拟分析

以原水浊度去除率为指标,通过絮凝实验确定了同波折板絮凝池的最佳水力条件。絮凝实验结果表明,折板进口速度为0.0113m·s-1(对应流量为300 L·h-1)时,絮凝效果最好,为絮凝最佳水力条件。以涡量、紊动动能及有效能耗为流场特性评价指标,将对应折板进口流速下的絮凝反应流场进行数值模拟,分析了不同折板进口流速下的流场特性,并指出了最佳水力条件下流场的优越性。对比分析表明,最佳水力条件下的絮凝流场的涡量、紊动动能及有效能耗值均处于中间水平;在能量输入足够的情况下,絮凝段能量输入衰减速率的合理性决定了絮凝流场的优越性。涡量的衰减速率控制在42%与32%左右为宜,紊动动能的衰减速率控制在79%与71%左右为宜,有效能耗的衰减速率控制在63%与34%左右为宜。

桥墩上环翼型防冲板和开缝组合新型防护试验研究

由于传统桥墩冲刷防护技术的局限性,引入环翼型防冲板和开缝组合的新型防护措施,通过主动减小墩前下降水流和墩侧绕流对河床进行防护。为探究组合防护措施的防冲刷效果,采用最优安装位置、最优形状的防冲板与不同高度、不同位置的墩缝系统组合,进行室内物理模型试验。以冲坑三维特征、桥墩周围时均流速、紊动强度和紊动动能作为试验指标,定量分析开缝防护与组合防护对桥墩冲刷的影响。试验结果表明:两类防护下,冲坑深度均显著减小,且组合防护的冲坑深度减小率是开缝防护的1.8倍;组合防护下,墩前垂向时均流速、垂向紊动强度和紊动动能都明显减小,并在防冲板位置出现板上值远大于板下值的突变现象,墩侧纵向时均流速和纵向紊动强度减小效果显著。研究表明,对于圆柱形桥墩的局部冲刷,环翼型防冲板和开缝组合防护效果突出,为深入研究桥墩防冲刷的组合防护奠定了一定的基础。

异波折板流场模拟分析与结构优化

基于FLUENT技术,以连续方程、Navier-Stokes方程及k-epsilon湍流方程作为流动基本控制方程,对异波折板絮凝反应流场进行了数值模拟,并通过网格独立性检验,保证了模拟结果的真实性.以流场速度分布、紊动动能、有效能耗作为评价标准,根据数值模拟提出了不同絮凝段的最优折板单元组合.结果表明,夹角90°的短折板适宜于絮凝前段,而夹角120°的长折板更适宜于后续絮凝段.在此基础上建议对絮凝前段的折板单元进行结构优化,在每个折板单元中心增设菱形扰流板,用以增强折板内流场紊动动能,提高有效能耗相对比例.优化后折板内的流场面积平均紊动动能可由2.75×10-3m2·s-2提高到3.83×10-3m2·s-2;面积平均有效能耗可由4.70×10-3m2·s-3提高到7.74×10-3m2·s-3.该优化将有利于营造更优越的水力条件从而提高絮凝效率.