基于Flow-3D的多阶明渠工程数学模型研究

[目的]研究灌区多级阶梯明渠水流的水动力特性及泥沙淤积问题,并评价其对多阶明渠工程的影响.[方法]基于VOF方法,在Flow-3D平台上建立了山东省德州市牛角店输水工程的三维数学模型,通过模拟不同工况下的三维多阶明渠水流,对比分析水流流速分布、水面线变化及渠底泥沙淤积情况.[结果]水流流态平稳后,最大流速出现在第二级阶梯上,挟沙水流流速较清水流速大0.50~0.86 m/s;在挑坎及第二级阶梯上,水面线变化幅度较大;随着时间推移,泥沙主要淤积于挑坎前及第三级阶梯底部,200 s时淤积厚度最高达0.143 mm.[结论]在牛角店输水工程施工及后期运行中,适当加固第二级阶梯渠底,提升第二级侧墙高度,并通过调控下游水位以保证灌渠的安全运行.

分流通道对台阶型篦齿封严性能影响研究

为提高涡轮级间篦齿的封严性能,设计了一种带分流通道的台阶型篦齿封严结构,研究了不同压比与转速下分流通道对篦齿封严泄漏特性和传热特性的影响规律,并与光滑篦齿进行对比。结果表明:在衬套上增设一个分流通道后,处于通道出口处的气流在离心力作用下被卷吸进通道,增强了篦齿的封严效果;分流通道的周向间隙率β越大,封严效果越佳,当周向间隙率β为3时,绝热壁面流量系数为13.47%,绝热壁面风阻温升为48.7 K;分流通道数量增加,篦齿的泄漏加剧;随着压比增加,密封泄漏量增大,分流通道可以引导核心射流回流,故泄漏量增速逐渐变缓而绝热壁面风阻温升增速加剧;当转速从3×10^(3)r/min增加到2.1×10^(4)r/min,气流摩擦耗散加剧,篦齿绝热壁面流量系数逐渐降低,绝热壁面风阻温升逐渐升高,分流通道对高转速下篦齿的封严效果提升显著。

NUMERICAL SIMULATION OF SKIMMING FLOW OVER MILD STEPPED CHANNEL

Numerical simulation of stepped channel flow was conducted using turbulence models based on the VOF technique. Stepped channel flow is a complicated air-water two-phase flow with free surface, which can be divided into three flow regimes： skimming flow, nappe flow and transition flow. The characteristics of skimming flow over mild stepped channel was investigated, including friction factors, air concentration profiles velocity field, clear-water and bulked depths, static pressure, etc. Smooth channel flow was also simulated to compare the hydraulic characteristics of the stepped channel flow with the smooth one. Comparisons between the computed and the measured were made. Furthermore, comparison of the computed air concentration with Straub and Anderson＇s data was also performed. The Fluent 6.1 software was employed to conduct this numerical simulation work.

组合阀步降流道三维流场数值分析

运用计算流体力学程序CFX对组合阀步降流道内三维流场进行了分析和计算,流道水力学特性计算结果与组合阀步降流道流动阻力实验结果符合良好。在此基础上,对流道内流速和压力分布进行了研究,结果表明:阀芯流道侧壁入口上端流体流速达到峰值,回零水腔内流体的流速分布均匀,流道内压力损失最大的部位处于入口流道竖管段与横管段之间,可通过增大管径或加缓变过渡段的方法来减少该部位的流动阻力损失。

平面旋涡(中心型奇点)水力特性的探讨

本文讨论了平面旋涡（中心型奇点）的水力特性．说明了这种旋涡的中心被封闭的流线所包围，中心点的流速为零，封闭流线为椭圆曲线；给出了旋涡内流速与压强，旋涡的环量、涡量以及角动量的表达式；建立了旋涡水力参数和主流水力参数的连接条件，包括两个运动连接条件和两个动力连接条件；将得到的理论结果应用于侧墙突扩或跌坎流，得到的旋涡中心压强表明，在一般明渠条件下，主流流速大于２０ｍ／ｓ时旋涡区有可能出现空蚀；应用于水跃时发现，跃长与跃高之比和突扩流旋涡的长宽比基本相同，估计了水跃旋滚区的紊流运动粘滞系数；应用于交岔渠道的旋涡时，指出了旋涡宽度与渠宽之比必须小于０１６０，给出了一个数例．

山区阶梯河道中洪水波运动特性研究

为了研究阶梯河道中的山区洪水波运动特性,在阶梯坡面上分别进行了无加糙和用粘贴不同粒径的均匀沙定床加糙的2组系列试验。试验结果表明:阶梯坡面末端无量纲波前速度趋近于常数,其大小不仅随相对阶梯高度h*增加而减小,亦随相对粗糙高度ks增加而减小。此外,床面粗糙程度较小时h*的增大会导致山洪行进时间增加及水流能量消耗的增大;床面大粗糙度不仅对山洪行进具有阻碍作用,而且能很大程度上消耗水流能量。研究结果对山区河道中山洪防治提供了参考。

“梯-潭”型泥石流排导槽研究初析

针对物源剧增、狭陡沟道、小流域泥石流沟泥石流防治,提出一种具有强力消能作用的梯-潭型泥石流排导槽;介绍了梯-潭型泥石流排导槽的结构特征;分析了梯-潭型泥石流排导槽的排导原理,指出梯-潭槽在震后泥石流治理工程应用中的防止磨蚀和冲刷的优势,为进一步研究泥石流在排导槽中的运动特征,泥石流与梯-潭段的相互作用机制,关键设计参数的确定与优化打下基础,对于提高泥石流防治技术水平及新型排导槽的推广应用具有重要意义。

二维后向台阶层流传热特性的数值模拟

建立了二维不可压缩后向台阶流动的数值模型，在Re=100—400内研究了雷诺数、台阶高度（S）、平板间高度（H）变化对台阶下游底面努塞尔数Nu分布的影响．结果表明：台阶扩张比ER一定，台阶下游上壁面出现次回流区后，舭分布曲线下降段的曲折点位置固定，增大Re能提高曲折点上游的№，但对曲折点下游Nu影响不大；保持S不变，减小H，ER由1．33增加到3．00，Nu的变化范围增大，峰值向上游移动；保持日不变，增大S，NuH变化分成2部分，ER由1．33增加到2．00，NuH峰值基本不变，位置向下游移动，ER由2．00增加到3．00，NuH峰值快速增加，位置基本不变．

梯-潭结构型泥石流排导槽消能特征试验研究

梯-潭结构型排导槽是一种适用于大比降沟床条件下的泥石流排导工程措施,因其良好的防治功效和工程价值而具有较好的应用前景。选取泥石流容重、规模和潭深为主要影响因素,通过水槽试验模拟泥石流在梯-潭结构型排导槽中的运动过程。结果表明,潭内表层铺填的砾石在泥石流浆体强烈的紊动和大颗粒冲击碰撞下发生明显的物质交换现象,且排导过渡性泥石流时物质交换现象最为强烈,稀性泥石流次之,粘性泥石流则相对较弱;梯-潭结构型排导槽的消能主要体现在泥石流通过梯-潭结构时泥深变化和加剧紊流两个方面;梯-潭结构的消能效率与潭深呈正相关关系,且消能率基本大于20%,最大消能率可达73.93%。当潭深过大时,梯-潭结构对泥石流表现出明显的拦截作用,虽消能效果明显,但与排导宗旨相悖。而泥石流规模对梯-潭结构消能的影响相对较小,整体呈现规模越小消能率越高的趋势。

阶梯形丁坝区明槽紊流横向涡的统计特征

阶梯形丁坝是常见的航道整治建筑物。基于PIV(Particle Image Velocimetry)水槽试验,研究了阶梯形丁坝区明槽紊流横向涡密度、面积、形状参数、旋转强度的沿程及沿槽宽分布规律。结果表明:(1)涡密度沿水深方向的分布在坝顶及槽底附近均出现波动峰值,沿流向距丁坝越远,涡密度波动越小;(2)丁坝附近同一位置的顺向涡总面积大于逆向涡,垂线上涡面积峰值出现在丁坝顶部并随距水槽中轴距离的减小而减小;(3)丁坝附近横向涡多呈椭圆形,丁坝区槽底处的逆向涡和水面处的顺向涡均呈扁平状;(4)丁坝附近同一位置的逆向涡旋转强度远大于顺向涡,丁坝上游至丁坝段,横向涡旋转强度沿程呈骤减趋势,丁坝段至下游,横向涡旋转强度沿程逐渐趋稳。研究结果可为揭示阶梯形丁坝的局部冲刷机制提供参考。

模具参数对SS316L不锈钢双极板台阶型流道冲压成形损伤值的影响

针对超薄金属双极板流道冲压成形过程中出现的破裂缺陷,以厚度为0.1 mm的SS316L不锈钢双极板台阶型流道为研究对象,研究了基于Normalized Cockcroft&Latham损伤模型和响应面法的模具参数对台阶型流道冲压成形损伤值的影响规律,建立了以凸模圆角半径、凹模圆角半径和凸模流道高度为影响因素,台阶型流道的损伤值为目标的多元回归模型,并通过对比实验验证了回归模型预测的准确性,通过方差分析研究了各因素对损伤值的影响占比。结果表明,凸模流道高度对台阶型流道冲压成形损伤值的影响呈正相关且最为显著,其占比为62.32%,凹模圆角半径与凸模圆角半径对其损伤值的影响呈负相关,占比分别为22.33%和10.69%。通过优化模具参数,可以获得大深度无破裂的台阶型流道。

阶梯型流道对质子交换膜燃料电池性能的影响

合理的流道设计能够有效改善质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能。针对PEMFC建立了一种新型的阶梯型流道模型,并根据提出的两种实验方案进行了数值模拟实验。通过与常规型流道进行对比分析,研究了阶梯型流道结构参数对PEMFC氧气和水质量分数分布、流道内的压降和电化学特性的影响。结果表明,与常规型流道结构相比,阶梯型流道结构可以有效改善电池内氧分布和水分布的均匀性,其最高功率密度最大可以提升13.58%,但在流道内会产生较大的压降。当流道进出口高度一定时,通过增加阶梯数量可以减小PEMFC阴极流道内的压降,最大可降低24.9%。

交错齿槛型泥石流排导槽研究初探

排导槽是一种常见的泥石流防治措施,提出了交错齿槛槽定义,即该类槽是指由两束流侧墙及置于其间交错排列的梯级齿槛群构成的一种新型泥石流排导槽,根据流域面积与沟床纵比降可分为3种类型;详细分析了交错槽的结构特征,并根据泥石流的不同阶段阐述了泥石流在交错槽中的流态形式;最后从消能机制、冲刷磨蚀、生态效益等方面将交错槽与东川槽等常规阶梯深潭系统做了比较,指出交错齿槛槽具有明显的优势,为进一步研究泥石流与交错齿槛的作用机制、泥石流在其中的排导特征等打下基础。

液压传动中复杂流道流场的数值计算

用有限元方法对液压传动系统以及液压元件中常见的后台阶流道的流场进行了研究，计算了雷诺数Ｒｅ＝２００和Ｒｅ＝４００下流道中的流函数及涡量值．

基于梯-潭消能系统的挡流式泥石流排导槽

中国是灾害多发的国家之一,泥石流是山区灾害的主要类型。对于特大泥石流,传统常规的治理办法难以起到很好的效果,于是王兆印等提出了梯-潭系统。但是,梯-潭系统并不完美,仍有许多值得改进的地方。以提高消能效率为出发点,提出一种能在短距离内达到消能、控速功能的挡流式泥石流排导槽。通过设计最佳横断面,使排导能力达到最佳;通过挡板与梯-潭系统达到快速消能的目的;然后通过推导分析,给出了挡流式排导槽的消能率计算公式;最后与传统梯-潭型排导槽消能率计算公式作对比分析,发现提出的排导槽具有高效消能的作用。

阶梯形鱼道中的滚动流研究(英文)

最近 ,小型倾斜河流中的阶梯形鱼道建筑以它的简易与实用而变得日益重要。在这种鱼道中出现的滚动流将产生波涌 ,并继续向下传播 ,而且它的周期性滚动可能会严重危害鱼道。因此 ,我们着手研究了它的严重性以便设计者在设计鱼道时能考虑这些因素。由实验证实滚动流源于阶梯形鱼道的上游。滚动流在稳定流与半平滑流间转变 ,它在一定时间间隔内不断地从稳定流变成半平滑流 ,又从半平滑流变成稳定流。它的流量值随着阶梯形水道的几何形状变形而呈现上下限。流量值和时间间隔均随着水池长度的增加而增加。

用于快速分离血浆的阶梯型螺旋微流道

为解决传统血液处理方法如离心和过滤等存在处理时间、分离纯度、堵塞性等方面限制的问题,设计一种高通量惯性微流控芯片,该芯片由阶梯型螺旋流道组成,可用于高浓度血浆分离.首先,采用COMSOL Multiphysics软件的层流和粒子追踪模块仿真研究阶梯型螺旋流道中粒子的聚焦特性.然后,通过实验研究了不同流量下聚苯乙烯粒子在流道中的惯性聚焦行为.最后,基于粒子聚焦实验结果,选择了一种优化结构的阶梯型螺旋流道,以用于不同浓度血液中血浆的分离应用.实验发现,在最优流量1.5 mL/min时,血细胞容积为0.9%和2.25%的血样中血细胞移除率分别达到(99.72±0.13)%和(99.44±0.17)%.当血细胞容积高达4.5%和9.0%时,该阶梯型螺旋流道仍然具有(97.02±0.56)%和(92.92±1.53)%的血细胞移除率.实验结果表明,阶梯型螺旋流道可以从高浓度血样中高效分离血浆.

三峡永久船闸设计技术问题综述

三峡永久船闸是目前世界上水头最高、规模最大的多级船闸。长江水利委员会协同全国各有关部门机构 ,经过反复论证和长期深入的勘测、设计、研究工作 ,较好地解决了船闸布置、通航水流条件、引航道淤积、输水系统水力学、高边坡稳定及变形、建筑物型式、超大型人字门及启闭机设备等一系列关键性技术难题 ,确定了比较完善的设计方案和技术措施 ,满足了船闸安全运行的要求 ,且节省了工程投资 ,为工程的顺利建设创造了良好的条件。

城市河道阶梯式生态砌块挡墙施工技术研究

主要介绍龙岗河流域田脚水综合整治工程采用阶梯式生态挡墙,解决了过去浆砌石结构或纯混凝土结构河道岸线缺乏自然特征、三面光驳岸隔断地下水和地表水的相互补给、拦截旱季基流补给,同时也破坏河流生态性的问题,明显改善了水体基流,提升了河流生物栖息环境,为类似工程的实施提供参考。

低扬程轴流泵装置优化选择试验研究

本文对14ZLB-100D型低扬程轴流泵提出了多种不同类型进出水流道的配套方案;通过14组试验,进行对比分析,分别优选出进出水流道的最佳形式;测定并绘制出模型泵装置(配置的出水流道形式为二阶段扩管,进水流道形式为开敝式Ⅱ型)的通用性能曲线,并给出了其高效区域。