进/出水口出流扩散脉动流速规律试验研究

侧式进出水口出流工况水流呈现扩散态,拦污栅断面脉动流速很大,可能危及拦污栅安全,其脉动流速变化规律及产生原因有待进一步探讨。本文建立了典型进出水口试验装置,利用激光多普勒流速仪与声学多普勒流速仪开展试验研究。结果表明:在靠近扩散水流末端的拦污栅断面脉动流速很大,流速脉动值可达时均值的1.8倍,平均紊动强度为0.724,该断面流速脉动呈现出明显的正态性,其概率密度分布基本服从正态分布;水流自输水隧洞段经扩散段、调整段、防涡段、向库区流动的过程中,紊动强度沿程呈现先增大后减小的变化规律,水流在输水隧洞段脉动流速小,在扩散段及调整段内脉动流速沿程均较大,脉动流速值接近时均值,甚至大于时均值,进一步解释了拦污栅断面脉动流速很大的原因。拦污栅断面及进出水口沿程的脉动流速规律有别于对脉动流速的一般认知规律。研究成果将为进出水口体型参数优化及分析引起拦污栅振动破坏提供理论依据。

明渠紊流脉动流速结构的PIV试验研究

明渠紊流的脉动流速结构对动量传递和能量耗散具有重要影响,基于光滑床面和加糙床面明渠紊流PIV流场测试资料,探讨了近壁区脉动流速的概率分布,分析了紊流事件概率的垂线分布特征,研究了雷诺应力和紊动能的象限分布及其与紊流事件概率的关系。结果表明:床面加糙会改变近壁脉动流速的概率分布和组织结构,加糙后纵向脉动流速概率分布变得尖陡且呈高狭峰,垂向脉动流速概率分布逐渐坦化并接近正态分布;光滑床面近壁区呈现清晰的高、低速条带结构,加糙后条带结构逐渐变得不规则甚至完全消失。床面加糙不会改变第2、4象限紊流事件的主导地位,但会改变其概率分布特征,加糙后第2象限紊流事件概率在全水深范围内总体增大,第4象限紊流事件概率仅在内区明显增大,床面加糙对第2象限紊流事件概率的影响范围大于第4象限,加糙后第2象限紊流事件的主导地位相对增强,第2、4象限紊流事件概率差异减小,紊流各向异性减弱。无论对于光滑床面还是加糙床面明渠紊流,第2、4象限的雷诺应力及紊动能总体大于第1、3象限,尤以第2象限最大,该象限紊动能可占总紊动能的39.3%;床面加糙后,第2、4象限的雷诺应力及紊动能绝对值均增大,雷诺应力在内区增幅尤为明显,紊动能在内、外区增幅较为接近;同时,第2、4象限的紊流事件概率、雷诺应力和紊动能变化具有较强的关联性。

压裂泵脉动流速对高压管汇振动特性的影响

压裂过程中高压管汇的运行稳定性对于保障油气田开采具有重要意义,很有必要对高压管汇的流固耦合振动特性进行研究。为此,采用ANSYS Workbench软件对高压管汇模型进行振动特性分析。分析结果表明:最大振幅位置处z方向振幅最大,x、y方向振幅相对较小,实际施工时应对z方向进行约束;随着入口平均流速增大,管汇的最大振幅和最大等效应力均不断增大;随着入口流速脉动幅值增大,最大振幅不断增大,但对最大等效应力影响不大;随着入口激振频率的增加,高压管汇的最大振幅和最大等效应力均先增大后减小,当激振频率与管汇固有频率相等时,高压管汇最大振幅和最大等效应力同时达到最大值。研究结果可以为压裂高压管汇设计提供理论参考。

脉动流速测量数据预处理

脉动流速数据的采集到应用,由于各种干扰因素的存在,一般都需要将测量数据进行预处理。针对水槽实验所测流速数据进行了分析处理,提出了一种由3σ准则、多项式逼近法、小波变换相结合的数据处理方法。结果表明,该方法对流速测量数据的处理效果良好。

脉动流速的分解和脉动应力探讨

本文用运动学观点,根据紊流的脉动性质,导出脉动流速的分解方程.此方程将脉动流速分解为三个组成部分,并且据此导出脉动应力分解方程.通过对脉动应力性质的分析,提出一些设想,于是将脉动应力的分解方程简化为三个组成部分,是推广Boussinesq J假设的合理修正和发展,可以用来作为求解紊流问题的基础.

浑水脉动流速量测系统的原理及应用

根据水流中滞点压力与流速平方成正比的关系,本文介绍用硅压阻压力传感器检测滞点流速水头,由计算机进行实时数据采集的浑水脉动流速量测系统的原理及量测成果。通过对清水及推移质换沙水流、悬移质挟沙水流的量测证明,所测清水紊动强度的分布与激光流速仪量测结果一致。并能成功地用于挟沙水流流速的测量。

阶梯形丁坝区明槽紊流脉动流速的空间相关结构

阶梯形丁坝在航道整治中应用广泛,脉动流速的空间相关结构是紊流相干结构的重要组成,可有效反映阶梯形丁坝区的流场特性。基于阶梯形丁坝区明槽紊流PIV流场测试资料,分析阶梯形丁坝区脉动流速空间自相关结构与互相关结构的分布特性,研究脉动流速空间相关结构沿主流、水深及槽宽方向的变化规律。结果表明:纵向脉动流速自相关系数C_(uu)与垂向脉动流速自相关系数C_(vv)均为正值;自相关系数在0.3~0.9区间内的等值线,其分布范围随着水深增加而减小,随着与丁坝距离的增大而增大;近坝区纵、垂向脉动流速互相关系数C_(uv)与垂、纵向脉动流速互相关系数C_(vu)云图在丁坝下游约一级丁坝坝长范围内出现基本对称的正负分区现象;一级丁坝附近C_(uv)及C_(vu)云图中相关性较强的等值线分布范围在近坝区较大而水槽中心较小;水槽中心附近,脉动流速空间互相关系数绝对值较大的等值线基本分布在二级丁坝上方,C_(uv)为正,C_(vu)为负。

进出水口双向流动结构流速分布与脉动规律研究

抽水蓄能电站水道系统侧式进出水口因内部分流隔墩等导致流动复杂,其内部双向流动规律尚不清晰。本文以某实际工程进出水口为基础建立典型进出水口试验装置,利用先进的流速量测仪器进行试验研究。基于粒子图像测速技术(PIV)量测结果,揭示了侧式进出水口内部双向流动规律,出流工况,中孔扩散段内形成明显的主流且位于孔口中部,扩散段及调整段顶部形成低流速区,边孔扩散段内主流不明显;进流工况,中孔及边孔调整段顶部存在低流速区,水流汇入扩散段后流速分布趋于均匀。基于声学多普勒测速技术(ADV)量测结果,揭示了拦污栅断面脉动流速规律,出流工况,其脉动流速很大,流速脉动值可达到时均值的1.8倍,有别于脉动值较小的一般规律;进流工况,其脉动流速较小,符合脉动值绕时均值上下波动的一般规律。研究成果将为优化进出水口体型参数和分析引起拦污栅振动破坏提供理论依据。

动床圆柱绕流脉动特性试验研究

利用室内矩形水槽,精细模拟了6个工况下的圆柱绕流运动,借助三维超声波流速仪量测了不同垂线、不同测点的三维瞬时流速。通过实测的三维瞬时流速资料,计算了测点三维脉动流速、紊动强度和雷诺应力等脉动要素,并分析其变化特征。试验结果表明:①实测资料统计的流速概率分布与理论计算的正态概率分布比较吻合,自由紊流区较近壁强剪切区吻合程度更好;②纵向时均流速值最大,横垂向相对较小,底层流速波动较大;③同一流量下,脉动强度随水深的增大呈递减趋势,且随着管径的增大,两侧的脉动强度变大,但变化幅度较小;④同一管径下,3个方向雷诺切应力随着流量的增大而增大;对于同一深度,垂向最大,横向居中,纵向最小。

常曲率U型弯道水流紊动特性试验研究

采用三维声学多普勒流速仪,对水流三维流速进行了采集,对弯道水流的脉动进行了统计分析,研究了典型断面的紊动强度、紊动切应力、紊动能的分布。试验结果能够很好的揭示弯道水流的三维特性及分布规律。研究成果为进一步研究水流的紊动结构及泥沙的运动机理提供了参考资料。

高坝挑流冲刷坑中掺气水流的流速量测及其特性分析

本文研究了利用热膜技术量测掺气水流的时均流速和紊动结构有关的技术问题，首次成功地量测了三峡溢流坝模型冲坑中掺气水流的时均流速与脉动流速，并对脉动流速和脉动压强的相关关系作了分析研究，把目前冲坑水流特性的研究推进了一步。

密排粗糙床面明渠水流的流速结构

密排粗糙床面在江河治理工程措施中应用广泛,采用不同直径d的圆形玻璃珠制作了3种密排加糙床面,基于光滑床面和密排加糙床面的8组PIV水槽明渠均匀紊流试验资料,研究床面粗糙对明渠水流流速结构的影响规律。结果表明,密排加糙床面明渠紊流的理论床面位置约在颗粒顶部以下0.15d处;粘性底层以外区域的纵向时均流速垂线分布满足对数公式,卡门常数κ=0.4,积分常数A=9.6~11.8,且A随粗糙雷诺数Re_*呈幂函数递增变化;床面加糙对内区流速的影响大于外区。脉动流速u、v的空间自相关系数C_(uu)、C_(vv)为正值,空间互相关系数C_(uv)、C_(vu)为负值,C_(uu)云图分布大体呈水平略向上倾斜的椭圆形,C_(vv)云图分布大致呈圆形,C_(uv)、C_(vu)的云图分布总体均呈第2、4象限倾斜的椭圆。流量Q增大后,C_(uu)分布椭圆形状变得细长,C_(vv)分布与圆形更为接近,C_(uv)、C_(vu)分布椭圆长轴与水平轴的倾角均减小;床面加糙对C_(uu)影响较小,而对C_(vv)、C_(uv)、C_(vu)的影响较大,加糙后C_(vv)、C_(uv)、C_(vu)绝对值总体减小,空间相关性减弱。

挟沙水流紊动特征的小波分析研究

采用三阶Db3小波函数对挟沙水流脉动流速进行消噪 ,小波分析较好的时频特性能有效地消除原始信号的高频噪声。将消噪后的脉动流速用不同尺度的小波进行分解 ,较大尺度下的小波分解刻划信号的总体趋势和形状 ,体现湍流的相干结构 ;而较小尺度下的分解则反映信号变化较快的高频部分 ,反映湍流的小尺度旋涡的各向同性的无序紊动特性。

大尺度散粒体周围水流的紊动特性

为探讨大尺度散粒体周围水流的紊动特性,采用高度Δ=5 cm的正方体、球体和四面体概化河床孤礁形态,基于声学多普勒测速仪测量明渠紊流的6组数据,研究脉动流速的统计特性以及紊动强度、雷诺应力和紊动能的分布特征。结果表明:大尺度散粒体周围水流脉动流速的统计参数与散粒体形态密切相关;标准差σ_u^+、峰度K_u的垂线分布较为均匀,σ_u^+沿程分布呈先增大后减小的变化趋势,散粒体上、下游各断面中垂线上的K_u总体大于3,多呈高狭峰,散粒体上游偏度S_k基本为负,下游S_k随水深的增大由正逐渐变为负; 3种散粒体周围水流的纵向紊动强度T_u^+的垂线分布较为均匀,沿程各断面的T_u^+随弗劳德数F_r的增大而增大;正方体的T_u^+总体最大,球体T_u^+次之,四面体T_u^+最小; 3种散粒体周围水流的雷诺应力R^+的垂线分布从近水面到槽底呈逐渐增大的趋势,紊动能E^+的垂线分布呈两端小、中间大的趋势; R^+、E^+在散粒体下游2Δ附近有最大值;大尺度散粒体的阻水面积与其对下游水流的影响强度及范围呈正相关。

含仿生草明渠水流流速结构试验研究

仿生草防护技术是通过降低水下管道附近水流的流速,促进泥沙在管道附近进行沉降淤积以控制冲刷发展的防护技术。目前,对含有仿生草明渠水流流速的研究主要通过测定草前、中、后的流速变化规律,分析仿生草防护段泥砂淤积变化,极少对含仿生草明渠流的全流速场进行有效的测量。利用PIV测试技术对水流作用下仿生草防护段后的流速场进行了测量,分析了仿生草防护段后明渠水流沿流向垂直平面内时均流速分布规律以及草高及铺设间距对流速分布的影响,并深入探讨了仿生草防护段后明渠流脉动流速概率密度分布及脉动流速空间相关性。

齿墩式内消能工的压力及流速特性研究

为进一步了解齿墩式内消能工的特性,通过物理模型试验,分析了在齿墩数相同、面积收缩比不同的情况下齿墩式内消能工的过流能力、时均压强、脉动压强及脉动流速。结果表明,管道的过流能力主要由齿墩式内消能工的体型及尺寸决定;时均压强在齿墩进口处急剧下降,在距齿墩段进口0.2 D(D为试验管内径)处达到最小值,之后逐渐上升,到距齿墩段进口2.5 D处恢复平稳,且在试验范围内,面积收缩比越小,时均压强降幅越大,消能效果越好;脉动压强在齿墩段后出现最大值,面积收缩比ξ=0.375时脉动压强最大,其概率密度分布接近正态分布;脉动流速最大值出现在齿墩段出口处,管中心的脉动流速小于管壁处的脉动流速。

论粘性二元平行流动

作者从前文 [ ]已得到的脉动流速微分方程 [10 ]出发 ,对于粘性二元平行流动这一类流动模式 ,进行分析、研究并得到了脉动尺度、脉动流速及雷诺应力的物理方程。在封闭的条件下 ,求解了所设定流动模式下的雷诺方程 ,解析得到沿边界法线方向的流速分布公式。希望本文的工作对湍流的半经验理论的理性化进展有所帮助。

高分子减阻流场湍流结构实验研究

采用二维激光Ｄｏｐｐｌｅ测速仪，研究了聚丙烯酰胺（ＰＡＭ，平均相对分子质量５００万）稀溶液在方形管内减阻流场中脉动流速的时间相关系数变化规律．发现自相关系数随减阻率的增加而增大；在相同流量和聚合物质量分数下，管道横截面处脉动流速的自相关系数随管壁距离的变化而变化；在同一流量下，管中心处轴向和径向脉动流速－时间互相关系数随聚合物质量分数的增加而增大．

热膜技术在水流测速中的应用研究

研究了在我国现有条件下，利用普通自来水，在室内和试验水槽中不设调温装置的情况下，热膜技术在水流测速中应用的有关技术问题。并利用从美国TSI公司进口的1050A恒温型热线／热膜流速仪测量了紊动射流和三峡溢流坝模型冲坑中掺气水流的脉动流速及紊动结构问题，获得了成功。

非均匀推移质级配研究

根据脉动流速服从正态分布和输沙平衡时床沙与推移质泥沙颗粒的交换处于平衡状态的概念 ,经理论分析得到了适用于宽级配非均匀沙河槽的推移质输沙率及其级配计算 ,由非均匀推移质输沙率及其级配计算公式的计算值与Davies、Day、Gessler、Little和Mayer等水槽试验值及美国东汊河、Tanana河、Snake河及长江宜昌等河道实测值吻合较好。