高雷诺数下倒虹吸闸墩绕流水力特性

为研究倒虹吸出口闸墩绕流特性,以南水北调某典型倒虹吸为例,基于Flow3D软件建立倒虹吸模型,根据现场原型实测水位、流速进行模型验证;利用该模型模拟了雷诺数6.17×10^(6)~9.38×10^(6)范围下闸墩绕流特性。结果表明,高雷诺数条件下,随着雷诺数的增加,闸墩绕流造成的液面波动幅度增加,中墩液面波动显著大于边墩;闸墩后的尾涡量持续增加,雷诺数对斯特劳哈尔数影响不大;边侧闸墩受力的非对称性明显,边墩闸室间特征流速偏流比存在先增大再减小的变化规律,偏流效应造成的离心距不断增加。本研究可针对性改善输水工程水流流态。

油压锥阀与水压锥阀空化特性的对比分析

油压锥阀与水压锥阀在空化特性方面有较大差异,其流场机制尚未明确。为此,利用VOF空化两相流数值模拟算法在OpenFOAM开源平台上开展流场模拟,研究水压锥阀与油压锥阀空化特性。结果表明,水压锥阀及油压锥阀的空化分布较为一致,集中在自由剪切层、壁面剪切层及阀芯后沿等位置,同时各区域的空化诱发机制相同。油压锥阀的近壁面漩涡空化呈现径向链状特征,而水压锥阀则为分散性的片状结构,不同的空化形态主要源于转捩过程的差异。另外,在高强度空化流动条件下,直角型油压锥阀的整体空化强度相对水压锥阀较大,而倒角型锥阀则相反。水压锥阀比油压锥阀更容易发生空化初生。研究分析了水压锥阀与油压锥阀的空化特性差异及相关机制,可为不同介质的液压阀设计提供理论参考。

混凝土面板砂砾石坝漫顶溃坝数值模拟

通过溃坝案例的现场调查和水槽模型试验,建立了面板砂砾石坝漫顶溃坝数学模型,以模拟水流特性、砂砾石料以及混凝土面板三者之间的相互作用。该模型主要由3部分组成:(1)考虑漩涡水流和砂砾石料之间的冲蚀特性,引入RNG k-ε湍流模型模拟漩涡水流的反向侵蚀;(2)通过泥沙输移公式和流体体积法(VOF法)追踪砂粒与水流侵蚀交界面,并考虑了砂砾石料的孔隙特性;(3)基于弯矩平衡法判定混凝土面板在自重和水荷载作用下的破坏过程。通过水槽模型试验对数学模型进行验证,结果表明,建立的数学模型能够准确地模拟溃决过程中漩涡水流对大坝的反向侵蚀和面板溃口的详细演化过程;该模型计算的溃口流量、堆石体溃口的发展、溃坝历时以及面板的折断长度,与实测数据的相对误差均小于15%,验证了模型的合理性。与参数化模型相比,本研究提出的溃坝模拟数学模型具有更详细的结果。

PVC塑料挤出型材湿式定型抽真空技术研究

阐述了使用涡旋风机匹配水泵实现湿式定型真空负压对PVC塑料型材成型过程的影响,及形成稳定的真空负压值存在的一些问题与解决方法。指出涡旋风机性能是形成稳定真空负压的基本条件,而负压箱体结构、对应泵的参数匹配、真空负压运行状态控制、管路的绝对密封性是形成稳定负压真空的关键要素等。

海洋温差能发电冷水管涡激振动性能

以海洋温差能发电(Ocean Thermal Energy Conversion,OTEC)平台的冷水管为研究对象,根据结构方程和尾流振子方程建立冷水管流固耦合模型,采用有限元方法和Newmark-β法对冷水管涡激振动(Vortex-Induced Vibration,VIV)进行时域分析,并在MATLAB软件中开发相应的求解程序。针对冷水管所面临的复杂工况,分别研究外部流场、内部流场、长径比和压载质量等因素对VIV产生的影响。结果表明:随着外流流速和长径比的增大,冷水管横流向VIV模态和振动幅值也发生相应改变,振动强度呈现波动上升;在不发生动态失稳的情况下,内流流速的增加可有效减小冷水管横流向振动幅值,压载质量可大幅减小冷水管自由端的振动位移。

三峡水库蓄水期高水位下泄洪设施运用方式优化

针对三峡水库试验蓄水期高水位条件下深孔泄洪时坝前出现立轴旋涡和深孔泄槽水流流态不稳定等问题,以改善坝前水流流态、提高泄洪设施运用的安全性为目标,采用模型试验和数值模拟计算相结合的方法,开展了大比尺深孔泄槽水流紊动特性模型试验、坝前流场及旋涡数值模拟分析、泄洪调度优化模型试验。研究结果表明:坝前立轴旋涡是由上游斜向进流和深孔泄洪共同作用形成的,坝前旋涡为表面旋涡;水流斜向进流会加大深孔泄槽水流掺气空腔的摆幅和水流紊动强度,引起水体间歇性抬升;高水位时运用深孔泄洪,应保持坝前正向进流条件;运用表孔泄流可起到改善坝前流场和消除旋涡的作用。在三峡水库蓄水期,水位170 m以上采用先开启表孔、后开启深孔泄洪的泄洪调度方式是可行的。

连铸结晶器内钢液涡流现象的水模型观察和数值模拟

利用水模型观察连铸结晶器内导致钢坯质量下降的涡流现象,提出蛇型结构结晶器水模型,撒入黑芝麻以显示结晶器内自由液面流谱,用可调曝光时间的照相机记录涡流图案.实验中观察到较为稳定的单个涡和偶尔出现的两个对称涡现象.在数值模拟中,将浸入式水口移离中心位置,从而可产生偏流和涡流.实验与模拟的结果表明:结晶器内三维偏流导致涡流的出现,涡流位于水口较低流速一侧,涡流强度取决于拉速和水口偏离中心的程度.

不同水位对泵站进水池流态影响的数值模拟

采用Volume of Fluid(VOF)模型对田山泵站进水池进行了三维流场计算,分析了不同水位及开机组合情况下泵站进水池的水流流态.研究发现:泵站低水位运行时,由于淹没深度较小,进水池水面存在较为剧烈的波动;进水池中水流流态发生恶化,出现了水面旋涡和水中旋涡;在附底涡和进水池两侧附壁涡的共同作用下,进水喇叭口正下方存在剧烈的旋涡,对机组的水力性能产生严重的影响.

旋转浅水系统Rossby孤立涡旋的实验研究

我们建立了具有自由表面的旋转抛物面浅水系统，进行空间流体图样演化的实验研究。利用流动显示和激光散射技术获得相干涡旋的信息。实验结果表明，在纬带区内存在强剪切可能导致形成持续存在的相干涡旋链。在旋转随动坐标系中拍摄的照片以及自相关分析证明，确有大尺度的Ｒｏｓｓｂｙ孤立涡旋的发生、漂移和演化。

二维浅水流动的旋涡动力学问题探讨

导出了二维浅水流动的涡动方程与速度环量的随体导数表达式 ,以此为基础 ,分析了二维浅水流动中旋涡的动力学性质 ;阐明了离散涡方法 ( DVM)发展中的前沿问题 ,并对

龙羊峡水库流量变化的地下原因和预测方法探讨

利用3.2m地温资料,从地热涡和地冷涡的演变来分析黄河上游唐乃亥入库流量变化的地下原因,并初步总结了其预测方法。

浅水障碍绕流的数值模拟

浅水流绕过岸边和固壁时常出现分离生涡、脱涡和周期流现象。文中提出参数化局部涡模型和新生涡在背景流场中输移演化及其相互作用的算法， 成功地对三峡水库坝区水流横向摆动进行了数值模拟。

高原低涡中涡旋波动特征的初步分析

将青藏高原低涡(下称高原低涡)视为受加热强迫的边界层内涡旋,分别研究了直角坐标系正压模型和柱坐标系正压模型中高原低涡所含的波动,揭示了高原低涡中各类波动的频散关系及其基本特征,对比分析了两种模型下所得结果的异同,讨论了高原低涡中的波动与流场特征的联系。本研究认为高原低涡既含有涡旋Rossby波又含有惯性重力外波,这对于加深认识高原低涡及其对高原下游广大地区天气的影响以及影响途径具有重要意义。

泵站进水流速对2种进水方式的表面漩涡特性影响的研究

【目的】探究不同进水流速对泵站进水水流流态、漩涡的产生与发展变化规律的影响。【方法】结合泵站实际运行情况,采用NXUG10.0软件构建泵站封闭式进水流道水平进水和开敞式进水池垂直进水2种进水方式的进水物理模型及三维湍流数学模型,采用雷诺N-S方程、VOF模型和非定常的SST k-ω湍流模型。对2种进水方式下不同进水流速的进水流场分布和漩涡的产生、变化及分布规律进行了数值模拟。【结果】在满足泵站进水口临界淹没水深时,2种进水方式下的进水表面漩涡强度随着进水流速的增加逐渐增强,并对2种进水表面出现的漩涡类型与进水流速变化的区间进行了划分;封闭式进水流道水平进水流速在0.217~0.304、0.349~0.448、0.482~0.554、0.575~0.661 m/s时,漩涡类型分别为Ⅰ和Ⅱ型涡、Ⅲ和Ⅳ型涡、Ⅴ型涡、Ⅵ型涡;开敞式垂直进水流速在0.322~0.402、0.484、0.521~0.564m/s时,漩涡类型分别为Ⅲ和Ⅳ型涡、Ⅴ型涡、Ⅵ型涡,开敞式进水池垂直进水的水体中同时产生表面漩涡和水中漩涡;数值计算结果与试验结果基本吻合。【结论】对封闭式进水流道水平进水方式的泵站工程,进水流速不应大于0.349 m/s;对开敞式进水池垂直进水方式的泵站工程,进水流速不应大于0.322 m/s。

利用涡街流量计测量油水两相流流量

为了考察涡街流量计在油水两相流中的测量特性,在内径为50 mm的垂直上升管道内,对不同混合流量、含油率下的涡街信号进行了实验测量,并对油水两相仪表系数和斯特劳哈尔数予以分析。结果表明,在含油率5%～40%内,仪表系数相对误差小于4%,斯特劳哈尔数相对误差随含油率增加有变大趋势、随混合流量增加有减小趋势,而且在两相雷诺数2×104～5×104内可视为常数,并随雷诺数降低而升高。实验说明油水两相流中存在稳定的两相涡街,利用涡街流量计测量油水两相混合流量具有可行性。

方型人工鱼礁周围水流运动的数值模拟研究

采用计算流体动力学(CFD)技术,模拟得到了5种不同来流速度(0.1、0.2、0.4、0.6和0.8 m/s)下方型人工鱼礁(边长为3 m)周围的水流场。铅垂平面上的计算结果表明:当水流贴近礁体迎流面时,水流抬升而形成上升流;不同来流速度工况下,上升流最大速度均约为来流速度的0.64倍,上升流平均速度均为来流速度的0.12倍,而上升流的最大高度为礁体高度的2.62～2.65倍;由于流动分离,在礁体顶面形成一小旋涡区,而在礁体背水面后端形成背涡区;5种来流速度下的背涡区长度均为礁体高度的3.0～3.5倍,而背涡区高度为礁体高度的1.1～1.2倍。水平面上的计算结果表明:紧贴礁体四周为水流减速区,在礁体两侧形成小旋涡区(缓流区),而在礁体背部形成一大旋涡区(背涡区);背涡区内的水流旋涡结构随来流速度大小而变,但背涡区的最大宽度基本不随来流速度的改变而改变,约为礁体宽度的2倍。

连铸结晶器内偏流及漩涡卷渣的实验研究

连铸结晶器内的偏流和漩涡卷渣行为严重影响连铸坯的质量,因此建立了一套直弧型结晶器系统,研究了偏流和漩涡卷渣的运动规律.结果发现:偏流是由于流场自身的不稳定造成的,是时刻变化的;偏流发生在二冷区弯曲段附近.即使保证水口对中放置,结晶器上表面漩涡依然存在,多数情况下只有单个漩涡出现,其位置和大小是瞬变的.对称涡出现的机率较小,尺寸和强度较小,持续时间较短.同时考察了拉速、水口插入深度、滑动水口开度和中间包液位高度对偏流及其周期和漩涡卷渣的影响.

二维浅水流动的离散涡方法

根据二维浅水流动中旋涡既可产生于流动边界层,也可在主流场中自生自灭的特点,建立起Eulerian-Lagrangian框架下的二维浅水流动离散涡方法;利用该方法数值仿真了高雷诺数下的二维浅水方柱绕流,得到了流动的速度场、涡谱,计算结果中明显可见流动分离、旋涡以及旋涡随时间的发展演化,即模拟出流动所具有的非定常不稳定等非线性特征.

立柱旋涡三维数值模拟

立轴旋涡的边界条件复杂,存在很难求解的曲线自由水面,三维数值模拟相当困难,目前还未见报道.采用VOF方法处理水气二相流自由表面,通过三维数值模拟描述立轴旋涡的形成过程,用拉格朗日法求解液体颗粒的运动轨道,并给出了压力和流速特性,有利于对立轴旋涡的生成机理和消涡措施作进一步分析.

多孔方型人工鱼礁绕流的数值模拟研究

数值模拟得到了5种不同来流速度(0.1～0.8 m/s)下的多孔方型人工鱼礁周围的水流场。过礁体中心的铅垂面上速度分布表明:①不同来流速度下,上升流的最大速度和平均速度均分别为来流速度的0.74倍和0.12倍,上升流最大高度均为礁体高度的2.6～2.7倍,背涡区的长度和高度均分别为礁体高度的4倍和1.25倍;②在靠近礁体背流面形成水流方向与来流方向相一致的透水区。过礁体中心的水平面上速度分布表明:①不同来流速度下,背涡区的长度和宽度均分别为礁体宽度的4倍和1.8倍;②在鱼礁内部形成水流方向杂乱的旋涡区。本研究还初步比较了多孔方型人工鱼礁绕流与无孔方型人工鱼礁绕流的流场效应异同点。