淹没的水平热射流在横流中扩散特性的实验研究

本文报导了对淹没的水平热水射流在横流中扩散特性的系统实验研究工作。 实验量测了在不同参数条件下,热射流在横流中的射流轴线轨迹、扩散范围、沿轴线断面的温度分布和流速分布资料,并用量纲分析方法,通过回归计算得出相应的经验公式。成果表明:其初始段的长度是流速比的函数;弯曲段加速了射流掺混扩散作用;贯穿段各断面的温度、速度分布趋于均匀;温度、流速分布不存在如静水中淹没射流那样的对称性和相似性。沿射流轴线温度、速度呈指数规律迅速衰减;射流半宽度呈非线性扩展规律。     

三峡水库库区上段水流特性分析

三峡水库的蓄水运用,使其河道型库区内水流有了明显的壅水型非均匀流特征,其流态的改变显著影响着泥沙输移和洪水传播特性。采取专门实测资料,分析库区上段的三维流速及紊动强度沿垂线的分布特征。结果表明:三峡水库上段纵向流速沿垂线分布基本符合对数流速分布公式,横向流速分布受地形影响较大,垂向流速明显,且方向一般向下;沿程各断面纵向、横向及垂向水流相对紊动强度分布比较均匀,尤其是垂向水流紊动强度沿程随着壅水程度的增大有增大的趋势。壅水型非均匀流在垂向流速及垂向紊动强度的分布特点,将给库区泥沙运动、尤其是悬移质含沙量沿垂线分布带来明显影响。     

异侧布置缝-孔-堰组合式鱼道紊流结构试验研究

我国沿海沿江洄游性鱼类众多,单一式鱼道难以满足鱼类不同溯游习性的要求。迄今,人们对单一式鱼道研究较多,而对组合式鱼道仅限于数值模拟工作,试验研究几乎是空白。本文对凹口堰-矩形中孔-竖缝组合式鱼道的紊流结构进行了较为系统的试验研究。采用声学多普勒测速仪（ADV）量测了鱼道水池内各点的三维瞬时流速,分析了组合式鱼道的流动特征、时均流速、紊动强度、雷诺应力、频谱特性、相关函数及紊动尺度。试验研究结果表明：与单一式鱼道比较,组合式鱼道水流具有显著的三维流动结构;纵向流速在水平面上存在明显峰值区,横向流速和垂向流速显示在横断面上存在旋涡区;在竖缝壁面射流与孔口射流汇聚区,纵向、横向及垂向紊动强度均较大,合并后则逐渐减小;雷诺应力峰值区主要出现在多股射流交汇区;纵向脉动能量主频峰值大小为孔口>凹口堰>竖缝;纵向脉动流速表现出随时间的相关性,并有凹口堰>孔口>竖缝,且沿程波动周期延长;积分尺度和微分尺度显示涡旋结构与组合式鱼道的流区有关。     

堆积体对近床面水流紊动强度试验研究

采用声学多普勒流速仪ADV对概化水槽中受堆积体影响河道的流速进行了精细的测量,并将数据代入无量纲化的紊动强度计算公式来分析流量、河道缩窄率、堆积体侧向坡度对河道近床面紊动强度分布的影响。试验结果表明：以堆积体对称轴断面为起点,在下游相对距离0 ~ 1.5断面处,由于堆积体对水流的束窄和突扩作用导致出现水跃,紊动强度波动较大形成强紊动区,且随阻流作用的增加而增加;在相对距离1.5 ~ 4.5断面,由于水流持续扩散导致紊动强度衰减,但左岸受回流影响紊动强度衰减较缓,因此左岸变化率小于右岸,且变化率随阻流作用的增加而增加;在相对距离4.5 ~ 6.5断面,紊动强度逐渐恢复平稳状态且大于相对距离-4.5 ~ 0断面。试验结论揭示了河道中的水流紊动特性及堆积体对河道水流紊动影响的内在机理,加深了对堆积体作用下的水流运动、泥沙冲淤和输移规律及河床演变发展变化的认识,可为研究山区河流受堆积体影响的河道水流紊动特性的数值模拟提供验证资料。     

植被群密度对河道水流紊动特性影响的试验研究

为探讨植被群密度对河道水流紊动特性的影响,试验设置了8组不同密度的植被群,用均匀圆柱形竹签模拟非淹没的刚性植被,采用ADV测量三维瞬时流速。通过对比分析,发现植被群下游紊流结构分布有较大变化。在植被群末端,紊动能横向分布随着植被群密度的增大表现为两种形式,低密度时趋向于波峰状,高密度时则在植被群左右两端各有一个波峰;在植被群后紊动能的纵向分布中,沿程表现为“波峰-波谷-波峰”状分布,随着密度的增加,紊动峰值之间的距离缩短,且两个波峰表现出不同的变化趋势。植被群末端紊动增强,在紊动强度的垂向沿程分布中,植被群越密,下游紊动强度的波动越大,并在尾部出现翘曲的现象,当密度达到一定程度时,弯曲度趋于稳定。     

矩形平底渠道淹没水跃区的紊流边界层发展

根据Rajaratnam对矩形平底渠道淹没水跃区的断面流速分布、最大流速、壁面切应力和最大流速之半处距壁面距离的试验成果,利用Verhoff的附壁射流区的断面流速分布公式和紊流边界层的动量积分方程,研究淹没水跃区紊流边界层的发展、最大流速之半处距壁面距离和水跃区零流速线的计算方法。给出了淹没水跃区最大流速沿程变化的近似计算公式;提出了紊流边界层厚度、最大流速之半处距壁面距离和零流速线的理论计算方法,通过Rajaratnam的试验资料对其进行了验证和修正,给出了实用的计算公式;完善了Rajaratnam最大流速之半处距壁面距离经验公式中系数的计算方法。研究表明,矩形平底渠道淹没水跃区紊流边界层的计算公式在形式上与一般光滑平板一样,与雷诺数1v x/?的1/5次方成反比,与距离x的1.14次方成正比,相对最大流速之半处距壁面距离和零流速线均与跃前断面雷诺数成反比,与相对距离成正比。     

矩形平底渠道淹没水跃区的紊流边界层发展北大核心CSCD

根据Rajaratnam对矩形平底渠道淹没水跃区的断面流速分布、最大流速、壁面切应力和最大流速之半处距壁面距离的试验成果,利用Verhoff的附壁射流区的断面流速分布公式和紊流边界层的动量积分方程,研究淹没水跃区紊流边界层的发展、最大流速之半处距壁面距离和水跃区零流速线的计算方法。给出了淹没水跃区最大流速沿程变化的近似计算公式;提出了紊流边界层厚度、最大流速之半处距壁面距离和零流速线的理论计算方法,通过Rajaratnam的试验资料对其进行了验证和修正,给出了实用的计算公式;完善了Rajaratnam最大流速之半处距壁面距离经验公式中系数的计算方法。研究表明,矩形平底渠道淹没水跃区紊流边界层的计算公式在形式上与一般光滑平板一样,与雷诺数1v x/?的1/5次方成反比,与距离x的1.14次方成正比,相对最大流速之半处距壁面距离和零流速线均与跃前断面雷诺数成反比,与相对距离成正比。     

进水口前立轴漩涡区水流流速特性

本文介绍用热膜流速仪对洩水孔进水口前立轴漩涡区的时均、瞬时、脉动流速的量测成果,提出该漩涡区的切向、径向、轴向时均流速分布规律与相应曲线;通过数据处理与分析,归纳出在不同的进水口相对淹没深度H/D和相对水深h/H的情况下,半径为Υ的涡面上三向瞬时流速的概率密度统计值、功率谱、自相关、互相关;最后分析了脉动流速的紊动强度、优势频率及相关特性。     

不同湍流强度下潮流能水轮机尾流特性试验研究

为探究在不同湍流强度下潮流能水轮机的尾流场流速分布和紊动特性,合理布置多机组阵列位置,通过现场模型试验探究了潮流能水轮机在两种湍流强度下的尾流场特性。结果表明:水轮机横向尾流场湍流强度和速度分布沿转轮中心线呈对称分布;水轮机后方1.5D处最大速度损失出现在转轮叶尖位置附近;水轮机后方纵向流场1.5D处,在两种湍流强度下轮毂以上位置的速度分布相似;在转轮中心后方10D位置处,低湍流强度流场速度恢复至初始流速的89.60%而高湍流度流场速度恢复至初始流场的95.22%,高湍流强度流场由于提高其流场的脉动特性而有利于尾流场速度的恢复。研究结果对多机组阵列研究具有一定借鉴意义。     

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。     

气固两相湍流射流中颗粒的统计特性

为了进一步揭示气固两相湍流射流中颗粒的扩散机理，在对流场进行高精度直接数值模拟的基础上对颗粒进行了统计研究。跟踪颗粒轨迹时，在拉格朗日框架进行，统计颗粒的平均速度时采用欧拉方法。结果显示，颗粒的流向平均速度剖面呈高斯分布，而横向平均速度剖面则呈正弦分布。其中Stokes数为1的中等颗粒的速度较低，Stokes数为0．1的小颗粒的速度分布较宽，而Stokes数为8的大颗粒在射流中心区的速度较高。颗粒速度分布的不同导致颗粒不同的浓度分布和扩散方式。     

凹槽长度对后台阶湍流特性影响研究

为探究上游凹槽长度对后台阶流动影响,采用数值模拟方法对雷诺数6500、9000下后台阶流动进行研究,得到不同凹槽长度下,凹槽内、后台阶流道内流速及湍动能分布和后台阶时均再附距离的变化规律。结果表明：(1)凹槽可以减小后台阶时均再附距离,但当凹槽长度大于等于7倍台阶高度时,时均再附距离受凹槽长度影响较小,并趋于定值,相比无凹槽情况,时均再附距离平均减小12%。(2)凹槽长度可以改变后台阶分离点断处湍动能分布,增大分离点处湍流度。当凹槽长度大于等于7倍台阶高度时,断面湍动能呈现出S型分布,极大值出现在0.3倍流道高度附近;当凹槽长度小于7时,湍动能分首先在0.05倍流道高度附近达到极大值,而后0.6倍流道高度附近达到极小值。(3)通过缩放尺度因子,得到后台阶流动近似再附距离,解释了湍流度对后台阶流场的作用机理。时均再附距离与近似再附距离有着良好的线性关系,湍流度增大促进自由剪切层的下沉,缩短剪切层再附到下游壁面的时间,进而缩短了时均再附距离。     

菱形自由射流与圆形自由射流流动特性的粒子图像测速研究

针对菱形和圆形2种不同出口形状的孔板自由射流,在出口雷诺数Re 72 000(速度使用射流平均出口速度Ue,特征长度使用当量直径De)的情况下应用粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术对空气射流在初始段和过渡段的流场进行测量,并对2种不同形状出口的射流流动特性进行对比分析。结果表明:与圆形自由射流相比,菱形自由射流有更强的混合和卷吸周围流体的能力,具体表现在菱形自由射流的势流核更短,速度衰减和扩散更快以及湍流强度更大;另外,在菱形射流中还出现了长短轴半值宽变换的现象。     

横向紊动射流流场结构的数值分析

利用：RNG k-ε模型对横流中单股紊动射流流场的流动特性进行了数值模拟。运用SIMPI,EC算法求解了适体坐标系下的控制方程，采用壁面函数法处理近壁区流动。射流内部有分叉现象，射流喷孔背风侧的流动出现了分离并形成了尾迹区，分析了分叉及尾迹涡的生成机理。文中给出了射流与主气流速度比等于2和4的速度场、涡量场和压力场，计算与实验的结果吻合较好。结果表明：射流与主气流速度比直接影响流场特性，其值越大射流对主气流的影响越大。     

大气压氩等离子体射流特性

为了在大气压下获得均匀、稳定且具有较大体积的氩气介质阻挡放电等离子体射流,提出了一种新的同轴型具有螺纹型内电极结构的等离子体发生器结构设计,在大气压开放环境下获得了均匀稳定的类辉光氩气介质阻挡放电等离子体射流。实验和初步的零维数值模拟结果表明:在所研究的工作参数范围内,放电随外加电压的增加可工作于初始放电阶段、过渡阶段、稳定放电和不稳定放电阶段;在稳定放电模式下,均匀弥散的类辉光放电可充满内径为8.9mm的玻璃管,发射光谱测量结果表明在等离子体射流区含有多种化学活性粒子;数值计算和实验测量所估算的等离子体射流长度基本一致(可为30mm以上),且等离子体射流发射光谱强度的轴向分布与其中亚稳态粒子的退激发过程相关。     

横流中湍流射流的数值研究

为探索横流中湍流射流的穿透性和流场基本特征，分别采用大涡模拟和标准k-e 湍流模型计算了射流速度比率为10的横流中圆管湍流射流，对射流速度为50 m/s的雷诺数为16600。大涡模拟获得的射流中心轨迹与试验数据基本一致，同时捕捉到了射流上游的开尔芬-亥姆霍兹不稳定性引起的剪切层涡卷、始于近场并主宰远场的逆向旋转涡对和垂直上升尾涡。计算表明，逆向旋转涡对并非严格关于射流中心平面对称，而是随时间左右摆动，与试验结论一致。标准k-e 湍流模型得到的逆向旋转涡对严格关于射流中心平面对称，同时不能获得射流上游的剪切层涡卷和垂直上升尾涡。     

风力发电机整机气动性能数值模拟计算与仿真研究

利用Fluent软件对风力机整机在额定风速和7个非额定风速的工况下进行气动性能的数值模拟计算,分析多个风速的工况下的风力机整机气动性能的特点和差异,仿真叶片气动流场流态,并计算叶轮的受力、扭转力矩、输出轴功率和风能利用效率等性能参数,验证风力机气动性能数值模拟的可靠性,观察其叶轮表面以及整机的压强分布、流速分布、湍流强度、流速矢量等流态图.对风力发电机叶片的设计和气动数值模拟计算分析的工作可深化对风力发电机叶片及整机的气动性能的了解,仿真风力发电机组气动流场,并能为风力机叶片及整机的设计、改型和研发工作提供技术参数和指导意见.     

气固两相圆柱绕流近场特性的实验研究

采用PIV实验技术对气固两相圆柱绕流的近场特性进行了研究。通过对图像进行数据处理，发现Stokes数为0.97的颗粒与涡结构的相互作用最为强烈，在尾迹中心区流向平均速度较低，且变化幅度较大，但脉动速度和湍动能较高。而较大Stokes数的颗粒不易受涡结构的影响，流向平均速度在尾迹中心区的分布也较平缓，但脉动速度和湍动能在两侧的剪切层区较高。各种颗粒在圆柱绕流回流区的脉动速度和湍动能都要高于近尾迹区的相应值，这为颗粒的混合和稳定燃烧等提供了有利的条件。 关键词：；；；