管道排沙系统吸泥头优化设计及区域流场数值模拟

为实现管道排沙系统持续高效排沙,利用RNGκ-ε双方程紊流模型对吸泥头附近区域流场进行三维数值模拟,建立吸泥头区域水力特性分析计算模型,揭示不同吸泥头形式及布置方式下的流场分布规律,寻求高排沙效率的吸泥头形式。结果表明,保持吸泥头与排沙管道的连接口贴近泥面,有利于吸泥头下方高流速区的塑造;吸泥头高度一定,存在一个适宜的吸泥头口径使得其吸泥效果最佳;选择合理的吸泥头形式,减小排沙管道流速或增大吸泥头离地距离,吸泥头仍可保持较高的吸泥效率。研究结果为管道排沙系统在水库清淤工程的应用提供参考依据.     

某厢型沉沙池首部侧向扩散段排沙方案研究

针对某厢型沉沙池扩散段的泥沙淤积问题,采用模型试验与数值模拟相结合的方法,重点研究保证电站正常取水及大水深情况下,将淤积于扩散段的泥沙完全冲洗的措施。分别针对四孔同时排沙方案、单孔轮流排沙方案及导流墙+单孔轮流排沙方案进行模型试验研究,并采用数值模拟计算三维流场。结果表明,在沉沙池工作水位下,仅有导流墙+单孔开启排沙方案能有效分配入池流量,使扩散段各区域的流速均能达到淤沙的起动流速,排沙效果最好,为此推荐此方案,以便为类似工程提供参考。     

DZL型水火管蒸汽锅炉烟箱内烟气流场的数值模拟及结构优化

采用数值模拟的方法,对DZL型蒸汽锅炉烟箱内烟气流场进行了分析,发现第三回程的烟管中烟气流速分布和烟管管口处剪切应力分布明显不均匀。对烟箱结构进行了优化,优化后的模拟结果显示烟箱的形状和容积均对烟管中烟气流速分布和烟管管口处剪切应力分布有影响,并给出了最佳值：对于DZL 2—10—AⅡ型锅炉烟箱的最佳结构是宽度为0.45 m的圆角形烟箱。     

体型参数对梯形旋流排沙渠道水力特性的影响

为明确起旋室和排沙洞体型参数对梯形旋流排沙渠道水力特性的影响,采用试验研究与数值模拟相结合的方法,研究了各参数下旋流排沙渠道的分流比、空腔形态、压强、流速,对比分析了不同断面型式的水力特性。结果表明,增大起旋室进口宽度,或减小起旋室出口宽度、起旋室高度、排沙洞直径,均能减小梯形旋流排沙渠道的分流比;起旋室出口宽度是影响分流比的主要因素,排沙洞直径偏小会限制排沙洞内空腔的发展;增加渠道水面与排沙洞出口间的落差后可在排沙洞内形成更有利于泥沙运动的旋转水流;梯形旋流排沙渠道的水资源利用效率更高,当渠道来流量为89.6 m³/h时,梯形旋流排沙渠道的分流比较矩形渠道的降低了6.6个百分点,且同一位置处的旋转水流流速更大。研究成果可为旋流排沙渠道在引水工程中的设计与应用提供参考。     

基于MIKE21FM数值模拟的某灌区引水口布置优化

鉴于引水渠道引水口附近存在较为复杂的流场,且该流场对引水口附近的堤防建设有显著影响,利用MIKE21FM对乌苏里江某引水口进行数值模拟分析,得到了渠道分流比和引水口附近水面线、流速、流向等详细的流场数据。结果表明,渠道分流比过大,渠道进口处水面流速梯度较大,水流出现的侧向收缩产生了局部水头损失,不利于水流的平稳流动,据此提出了两种优化方案,并进行了数值试验验证,确定了最优方案为方案2,可有效减少局部水头损失。     

不同悬板孔口面积占比条件下的排沙漏斗数值模拟研究

针对尼泊尔上马相迪水电站排沙漏斗极易形成泥沙落淤悬板的问题,提出在排沙漏斗悬板上布设圆形孔洞的解决方案,并选用大涡模拟模型,采用流体体积分数法与离散相轨道颗粒模型相结合的方法,对排沙漏斗悬板有效传质区开孔率Φ为0、1.423%、2.049%、3.192%、4.610%的排沙漏斗分别进行水气沙三相数值模拟。结果表明,在悬板两端布设圆形孔洞可有效减少悬板上的泥沙淤积量,当悬板有效传质区开孔率为3.192%时,排沙漏斗典型断面含沙量与合速度值具有良好的分布规律,从而形成稳定的空气涡,提高泥沙排除效率。研究结果对于指导同类工程进行悬板沙害处理提供了参考依据。     

沉沙池S型集沙涵结构优化研究

沉沙池是农业灌溉工程中的重要水利设施之一，对降低水流含沙量、提高水流利用率有着重要作用。为提高沉沙池排沙效率，在渭干河干渠S型沉沙池结构基础上设计了直线型集沙涵结构，通过原型观测试验结果，与物理模型试验和数值模拟相结合，明确了S型和直线型集沙涵水流水力特性。试验结果表明，Fluent软件可有效模拟局部沉沙池运行过程，由于S型集沙涵末端水流流速较小，导致集沙涵内泥沙出现淤积，直线型结构则能有效提高集沙涵内整体水流流速，集沙涵末端廊道内水流流速从0 m/s提升至0.4～0.7 m/s,从而提高沉沙池排沙效率。该研究可为优化沉沙池结构、提高沉沙池排沙效率提供科学依据和技术支撑。     

闸门开度对泄洪排沙隧洞水力特性影响研究

为揭示闸门开度对泄洪排沙隧洞水力特性的影响规律，建立了不同闸门开度下的排沙隧洞二维模型，采用VOF法和标准κ-ε紊流模型对泄洪排沙隧洞易磨蚀断面流场进行三维数值模拟计算，获得了闸门附近的流态、流速、压强等水力特性，并对比分析了不同闸门开度下的水力特性，得到了闸门处至挑坎之前的空化数。结果表明，当闸门小于1/2最大开度运行时，闸门开度越大，隧洞水流流态越平顺，临底流速过渡越平顺，且隧洞底板上下游压力差越小；闸门开度越小，有压洞内流速越小，容易造成泥沙淤积；闸门开度越大，对隧洞整体运行越有利。研究结果对水工隧洞闸门的运行开度优化及闸门底坎抗磨修复具有指导意义。     

某水库泄洪排沙洞水力特性及排沙效果研究

针对某水库引水发电洞前泥沙淤积的问题,在某引水发电洞附近新增泄洪排沙长隧洞,通过水工模型试验研究了不同工况下排沙洞的水力特性(沿程压力、流速、流量、流量系数、空穴数等),并对比试验值与设计值,验证了排沙隧洞设计的合理性。以塑料沙为模型沙,通过河工模型试验,确定了冲沙漏斗的大小,比选了排沙方案,给出了排沙洞洞口布置的合理位置,使发电洞达到"门前清"的效果。研究成果为类似工程提供参考。     

溢流坝进水口导墙体型优化试验与数值模拟研究

为了探究不同布置形式的溢流坝进水口导墙对工程运行的影响,以直线型和直线圆弧组合型两种布置形式的导墙为例,通过整体物理模型试验和数值模拟的方法分析了闸孔进口及土石坝附近的流态、流速、紊动能等水力学特性。结果表明,直线型导墙会使其附近水流流态紊乱,降低临近闸孔的泄流能力,还会冲刷土石坝坡脚;直线圆弧组合型导墙可有效改善直线导墙形成的不利流态,为闸孔稳定泄流提供保障。研究结果可为其他类似工程导墙布置提供参考。     

浮泥床面桥墩绕流冲刷的数值模拟

基于Mike 21软件建立了浮泥输移的平面二维数学模型,计算分析了浮泥河床建桥前后的水流流动形态和床面变形状况。结果表明,建桥前后主槽内河床变形均呈单向冲刷变形,岸滩上则以淤积为主;建桥后主槽冲刷能力增强,但增加幅度不大,且冲刷幅度和水深较均匀,与常见沙质河床的冲刷区别较大;桥墩尾流区内水流流速较小,冲刷幅度较小;桥墩纵横向的阻流范围约在2倍椭圆桥墩的长、短轴位置内。     

有无砂垫层真空预压法的吹填土现场试验及数值模拟

以温州丁山垦区的吹填淤泥真空预压加固处理工程为例,基于现场试验和数值模拟,对无砂垫层真空预压法和传统的有砂垫层真空预压法从表面沉降、分层沉降、孔隙水压力、固结度、静力触探、十字板强度及部分土体物理力学参数等方面对加固效果进行了对比分析。结果表明,两者加固效果接近,无砂垫层真空预压法可用于代替传统的有砂垫层真空预压法。     

分期导流束窄河道泄流物理试验及数值模拟研究

以某航电枢纽施工导流工程为例,采用MIKE21软件对施工导流中的束窄河道泄流进行了数值模拟,分析了围堰体型对束窄河道水流流态的影响,对围堰体型进行了水力优化,并利用物理试验进行了验证。数值计算及物理模型试验结果表明,优化后的围堰头部有助于减弱回流及水流侧向收缩。     

吹填软基无砂垫层真空预压快速加固新技术及现场试验研究

基于传统真空预压技术,提出采用无砂垫层真空预压法对吹填软地基进行浅层加固,通过现场试验优化施工工艺,分析了真空预压下新近吹填淤泥地基的地表沉降和孔隙水压力,并对比了加固前后土体物理力学指标和地基承载力。结果表明,该方法可快速加固吹填淤泥层,并满足后续工程施工承载要求。     

基于Hartmann哨超声喷嘴的谐振腔结构仿真研究

为便于用试验方法研究汽轮机除湿问题,设计了一种新型大流量、高雾化度的喷嘴,在喷嘴设计中融入类似Hartmann哨的谐振腔结构,并通过超声波效应增强对水滴的雾化效果。采用Fluent流体仿真软件,对湿蒸汽环境下不同Hartmann哨谐振腔结构尺寸的流场速度、压力脉动以及谐振频率进行数值模拟,得到最佳谐振腔结构尺寸。研究结果表明：喷嘴入口压力一定时,改变谐振腔与喷嘴出口的角度（谐振腔夹角）,速度脉动会随谐振腔夹角的增大而增大,而压力脉动随谐振腔夹角增大呈先增大后减小的趋势,在125°夹角下出现峰值;125°夹角下速度脉动最大值区域及谐振频率随谐振腔直径增大而减小;最终确定谐振腔的结构参数,其夹角为125°、直径为3.4 mm、深度为6.4 mm,该结构参数下谐振频率为21 kHz,符合所需频率。     

气泡雾化喷嘴内部及出口下游的数值模拟

采用FLUENT软件对喷嘴内部气液两相混合以及喷嘴下游雾炬场进行了数值模拟,主要模拟了喷嘴内部气液两相的浓度分布、喷嘴内部的压力分布、下游雾炬场的速度矢量分布、颗粒直径大小分布,并对模拟结果进行了分析,模拟结果对以后的两相流以及雾化的研究具有一定的指导意义。     

基于数值模拟的汽油机喷嘴结构优化CFD分析

以5WY-2817A汽油机喷嘴为研究对象,旨在提高该汽油机喷嘴流动特性,利用UG软件对喷嘴进行实体建模,通过喷雾稳态试验对模拟计算提供边界条件。利用AVL-FIRE软件进行喷嘴稳流三维数值计算,研究了不同压力室高度、喷孔分布直径和阀座锥角对喷孔处压力与速度的影响关系。研究结果表明,压力室高度0.2mm,喷孔分布直径1.4mm,阀座锥角43°时喷孔处燃油流动特性最佳。该结构优化可作为改善喷嘴雾化性能的最佳方案。     

柴油机喷油器结构参数与磨料流加工效果关联的研究

基于磨蚀模型和多相流离散相模型建立了柴油机喷油器磨料流加工过程的CFD计算模型。在验证基础模型的有效性后,分别针对喷孔直径、喷孔锥角和交点位置三种结构参数进行变参数模拟计算。通过对加工域颗粒流速、湍流强度和磨蚀率的分析,获得了喷油器主要结构参数对液力研磨加工的影响机理:喷孔直径和喷雾锥度的变化对喷孔壁面磨蚀量的影响较大,随着两者的增大,喷孔壁面的磨蚀量有所增加;交点位置由上至下的变化对喷孔壁面磨蚀量的影响较小,但是喷孔入口处磨蚀量有所增加。     

清远市滨江河口段堤线外移对北江河道行洪的影响

采用一维、二维水动力模型相结合的方法研究清远市滨江河口段局部堤线外移工程对河道行洪的影响,一维模型模拟较大范围河网的水动力特征,用于计算工程建设前后河道水位变化,并为二维模型提供边界条件,经验证模型精度较高;二维模型基于三角形网格的有限体积法,能细致模拟滨江河口流速和流向。结果表明,工程建设后滨江和北江在堤线外移工程附近河段水位、流速和流态均有所变化,水位壅高值在0.011m以内,流速最大变化值为0.409m/s,变化幅度均较小,且范围局限于工程附近,基本不会对河道行洪构成威胁。