脉冲液体射流泵基本性能的研究

本文根据脉冲液体的动量方程和能量方程，导出了脉冲液体射流泵基本性能方程，并与恒定流的液体射流泵基本性能方程进行了对比，阐明了二者之间的关系。依据脉冲液体射流泵时均值性能试验数据和其几何尺寸，经分析与计算给出了脉冲液体射流泵时均值基本性能的经验公式。     

脉冲液体射流泵性能参数的数值研究

定量分析脉冲液体射流泵时均值基本性能方程中的最优工作参数、动量修正系数、时均惯性力与时均惯性水头的变化规律及其对性能的影响,结果表明脉冲射流可以使流体在喉管出口处得到更充分的混合,并且改善射流泵的最优工作参数和范围。     

脉冲液体射流泵时均值基本性能的研究

本文运用流体力学，湍流射流理论和时均值计算法，导出了脉冲液体射流泵时均值基本方程及其动量修正系数方程组。通过与恒定液体射流泵基本方程进行对比，阐明了二者之间的关系，并经国内外试验资料进行了验证。     

脉冲液体射流泵性能的理论分析及数值计算

推导了以往复泵为脉冲发生装置的脉冲液体射流泵准二维性能方程及其时均性能方程,导出无因次惯性水头及惯性力项便于计算的表达式,并对脉冲液体射流泵时均性能进行了数值计算,计算结果与试验数据基本吻合,将数值计算的模拟曲线与恒定液体射流泵性能曲线进行对照,证明了采用脉冲射流作为工作动力能够大幅提高射流泵的效率。     

脉冲流体射流泵喉管长度的研究

运用计算流体动力学,对多种面积比的脉冲流体射流泵内部流场进行了数值模拟。针对喉管不同断面的速度分布和壁面压力分析,得到了脉冲流体射流泵最优喉管长度,通过相应的试验研究,二者结果基本一致。     

脉冲式浮射流水力特性的实验研究

目前污水的海洋排放方式可大致分为 2种 :恒定或准恒定流量排放 ;脉冲式的非恒定排放。对工程中更为常见的脉冲式排放在环境受纳水体中的浮射流运动特性 ,动量尺度、底边界对浮射流的影响进行实验研究 ,此项研究方法及初步成果为河底射流冲淤排沙研究工作奠定了基础。     

射流曝气器设计计算问题的探讨

近年来,射流曝气器作为供氧搅拌机械而受到关注。本文就设计计算中遇到的问题谈点看法。一、以往的计算方法及其依据射流曝气器是一种自吸式压力喷射器。目前,射流曝气器的充氧理论尚无统一认识。其计算方法主要有两种。一种是以射流器的基本理论为计算依据的经验式,另一种是以试验为依据的经验式。前者,以压力、流量和几何参数间关系的基本方程为计算基础,后者并无确定的计算方法。我们利用上述资料,在设计计算中发现:1.以确定最优面积比(喉管与喷嘴的面积比)为主的计算方法,所获得的最优喉管     

圆射流在非恒定横向流中的掺混扩散

运用RNG k-ε湍流模型对圆射流在非恒定横向流中的的混合、扩散行为进行了数值模拟研究。采用计算流体动力学程序FLUENT解控制方程。选择了与前期实验模拟相同的2组参数进行数值计算，浓度场的数值与实验结果符合得很好。计算和实验结果显示，射流在非恒定横向流中的扩散行为与在恒定流中的情形存在显著差别，横向流的不稳定性有效地提高了射流的掺混扩散能力。     

泄水建筑物反弧急流水深的显式解

泄水建筑物反弧急流水深是泄水工程下游水流衔接、反弧半径设计、反弧段动水压力计算的重要参数。本文的目标就是探讨具有足够精度又计算方便的泄水建筑物反弧急流水深计算方法。在利用恒定急变流的能量方程对于泄水建筑物的反弧水流进行分析基础上,对恒定急变流的能量方程建立的反弧段水深方程,通过级数展开近似处理,得到泄水建筑物反弧急流水深的显式解。精确解和显式解的误差分析表明,当急变流流速系数在0. 85到1. 0之间变化时,反弧急流水深的误差随着流速系数的增大而减小;当流能比在0. 01到0. 3之间变化时,反弧急流水深的误差随着流能比的减小而减小。建议的公式最大误差小于1. 85%。可见,在实际工程的参数变化范围内,本文建议的泄水建筑物反弧急流水深的显式解形式简单、计算方便、又具有足够的精度,因此可应用于实际工程泄水建筑物反弧急流水深的水力计算。     

脉冲频率对液体喷射泵性能影响的试验研究

对脉冲液体喷射泵的性能进行了系统的试验,以探讨脉冲频率及喷咀出口面积与喉管出口面积之比对液体喷射泵性能参数的影响.试验结果表明,在一定流量比下,脉冲射流能提高喷射泵的压力比和效率,脉冲射流频率在一定范围内变化可以提高喷射泵的性能,而且频率越大、面积比越小,性能提高得越多;脉冲射流时间比和关阀时间对脉冲液体喷射泵性能也有一定影响,电磁阀的开启与关闭时间应有一个合适的范围.     

Large eddy simulation of turbulent flow structure and characteristics in an annular jet pump

The large eddy simulation(LES) of the flow characteristics in an annular jet pump(AJP) is conducted, and the flow characteristics are systematically analyzed from both time-averaged and instantaneous aspects. The jet expansion, the velocity distribution and the energy are considered to analyze the time-averaged evolution of the flow field in the AJP. The transient flow characteristics can also be acquired from the analysis of the turbulence intensity and the Reynolds stress. The simulation demonstrates that in the time-averaged characteristics, the potential cores increase linearly with the increase of the flow ratio. With the flow development, the jet half-width gradually increases and the residual energy coefficient decreases. Compared with the distribution of the time-averaged axial velocity, that of the instantaneous velocity is more complex and disorderly. The high intensity of the axial turbulence mainly occurs in the mixing layer and the near-wall regions of the diffuser. The annular distribution of the Reynolds stress is mainly in the mixing layer and the recirculation region. There is a low-stress zone between the mixing layer and the high-stress region in the wall-boundary layer. The intensity of the spanwise vortexes is larger than that of the streamwise vortexes, and therefore, the former make greater contribution to the total vorticity. This research provides a better understanding of the flow characteristics in the AJP.     

Numerical analysis of cavitation cloud shedding in a submerged water jet

Focused on the unsteady behavior of high-speed water jets with intensive cavitation a numerical analysis is performed by applying a practical compressible mixture flow bubble cavitation model with a simplified estimation of bubble radius. The mean flow of two-phase mixture is calculated by unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes(URANS) for compressible flow and the intensity of cavitation in a local field is evaluated by the volume fraction of gas bubbles whose radius is estimated with a simplified RayleighPlesset equation according to pressure variation of the mean flow field. High-speed submerged water jet issuing from a sheathed sharp-edge orifice nozzle is treated. The periodically shedding of cavitation clouds is captured in a certain reliability compared to experiment data of visualization observation and the capability to capture the unsteadily shedding of cavitation clouds is demonstrated. The results demonstrate that cavitation takes place near the entrance of nozzle throat and cavitation cloud expands consequentially while flowing downstream. Developed bubble clouds break up near the nozzle exit and shed downstream periodically along the shear layer. Under the effect of cavitation bubbles the decay of core velocity is delayed compared to the case of no-cavitation jet.     

多尺度有限元法在地下水模拟中的应用

本文详细介绍了多尺度有限元法的基本原理，并将其应用于非均质多孔介质中的流动问题，对水文地质参数按函数连续变化、渐变和突变3种非均质多孔介质中的二维地下水稳定流、非稳定流分别用多尺度有限元法和传统有限元法进行了计算。计算结果的对比表明，多尺度有限元法比传统有限元法有效，既节省计算量又有较高的精度。     

Particle image velocimetry measurements of vortex structures in stilling basin of multi-horizontal submerged jets

Measurements of turbulent flow fields in a stilling basin of multi-horizontal submerged jets were made with the singlecamera Particle Image Velocimetry (PIV). The particle images were captured, processed, and subsequently used to characterize the flow in terms of the 2-D velocity and vorticity distributions. This study shows that the maximum close-to-bed velocity in the stilling basin is approximately reduced by 60%, comparing to the jet velocity at the outlet of orifices. The jet velocity is distributed evenly at the latter half of the stilling basin and the time-averaged velocity of the cross section is reduced by 77%-85%, comparing to the jet velocity at the outlet of orifices. These results show that the vortices with horizontal axes are continuously repeated during the form-merge-split-disappear process. The vertical vortices are continuously formed and disappeared, they appear randomly near the slab and intermittently reach the slab of the stilling basin. The range of these vortices is small. Vortices with horizontal axes and vertical vortices do not coincide in space and the vortices with horizontal axes only affect the position of the tail of the vertical vortices attached to the slab of the stilling basin.     

液体管道高频水力瞬变过程的数值模拟

目前在液体管道高频水力瞬变分析中,人们通常采用经典的拟稳态摩阻模型进行分析.但这种方法针对管壁切应力具有拟稳态特性的缓慢瞬变的分析是可行的,而对高频瞬变流动过程而言却不能准确预测水击压力波具体的衰减过程以及出现的波形畸变现象.介绍了一种新的考虑瞬时加速度对高频水力瞬变过程影响的非恒定摩阻模型,并结合特征线法给出了其数值解法,最后通过实例验证了该模型能比经典的拟恒定摩阻模型更为准确地模拟液体管道中高频瞬变流压力波的衰减和波形畸变.该模型对计算机的要求和计算耗时与经典的拟稳态摩阻模型相差不大,是一种具有良好工程应用潜力的液体管道高频瞬变分析数学模型.     

恒定有压扩散流中的局部非稳态流动试验研究

试验研究了恒定二元水平有压扩散流中的局部非稳态流动现象。利用壁面丝线流动显示技术观测了局部非稳态流动现象，给出了发生局部非稳态流动的临界扩散角；利用三维点流速仪对局部非稳态流动的流速进行了数据采集，通过功率频谱分析和互相关分析，得出了非稳态流动的基本特征；探讨了局部非稳态流动的成因和条件。     

明渠恒定均匀流机械能损失构成分析

明渠水流机械能损失的确定是水力学乃至工程流体力学中的重要内容。从明渠均质不可压缩液体恒定总流出发,以流体力学中黏性流体运动数学模型为基础,本质上揭示了机械能损失的构成和相互转化关系。成果表明矩形明渠均匀流紊流的机械能损失由时均流速梯度引起的损失与紊动能耗散引起的损失组成,当雷诺数较小时,时均流速梯度引起的损失是机械能损失的主要来源,而雷诺数较大时,紊动能耗散引起的损失是机械能损失的主要来源。在宽浅明渠中,雷诺数约为9.5×10³时,均流速梯度引起的损失和紊动能耗散引起的损失相等。     

感潮河段平面二维非恒定水流模型深化研究

建立了基于非结构网格的感潮河段平面二维非恒定流模型,探讨了时间步长和非结构网格无序性对计算误差的影响,并和结构网格上的研究成果进行了对比。计算结果表明:(1)当采用隐式算法求解非恒定流时,时间步长会对流速和水位计算结果产生影响,当时间步长小于一定值时,计算所得的水位过程和流速分布才和实测值比较吻合,当时间步长增加时计算值与实测值之间误差将逐渐增加;(2)时间步长较小时,网格布置的无序性不会对非恒定流模拟产生明显不利的影响,但是随着时间步长的增加非结构网格的无序性会导致计算误差快速增加。     

绕圆柱非定常周期性涡旋脱落的数值模拟

利用非定常流函数涡量方程数值模拟圆柱突然起动尾流涡旋的形成及周期性脱落过程。对求解的流函数的一阶导数即速度项采用四阶精度的Hermitian公式，而方程的对流项则采用四阶精度的差分格式，并利用ADI方法迭代求解差分方程组。当雷诺数Re不大于40时，圆柱尾流为附体的两个对称涡，为定常解。当Re大于40后流动为非定常及非对称的，圆柱尾流呈现周期性涡旋交替脱落而形成著名的Karman涡街。选择Re=100为例，在初始条件未加任何扰动情况下，成功地模拟了圆柱非定常涡旋形成与脱落的完整过程（无量纲时间算到t=250及以上）。所计算的阻力系数与实验结果及其它数值方法的计算结果一致。约在t=200形成严格的Karman涡街。对涡量方程ADI求解方法的稳定性进行了分析。对流项采用四阶精度差分格式，若应用于定常问题，将极大提高数值求解的精度，若应用于非定常问题的求解，将对求解精度有所改善，其中时间空间两阶混合偏导数的处理是关键，有待进一步的数值实验。