洞塞式消能工的数值计算

采用K－ε紊流模型对洞塞消能紊流场进行了数值模拟，并与模型试验进行了对比，压力分布计算值与试验结果吻合良好，通过数值模拟，得出了洞塞消能的紊动能和紊动能耗散率的分布规律，详细地反映出洞塞的消能情况。研究表明：用K－ε紊流模型来研究突缩突扩消能的流场是可行的，可以很发地发挥与物理模型相互补充、印证，深入提示内部机理的作用。     

非完全宽尾墩消能机理数值模拟

为研究一种联合消能结构——非完全宽尾墩、消力池和梯形墩相结合的结构在低Fr数下的消能机理,采用模型试验和数值模拟方法对河南省出山店水库泄洪表孔进行研究.数值计算所得水面线与模型试验所测结果吻合良好,说明数值模拟的可靠性.通过对宽尾墩和平尾墩消力池内部流场的对比分析,得到非完全宽尾墩提高消能效果的机理:非完全宽尾墩能使水流横向扩散的空间增大,增强消力池首部水流的立轴旋滚;消力池内存在较大的横向速度梯度,产生剧烈的紊流剪切和横向流动.相对于平尾墩消力池,宽尾墩消力池能较好地控制出池水流的流速及流态,减少下游河岸冲刷,在设计时可以予以参考.     

平原中小型蓄水闸对冲消能试验研究

为了探索平原地区中小型蓄水水闸的新型消能型式,笔者们对平原中小型蓄水闸采用对冲进行消能的设想,进行了一系列水工模型试验。试验结果证明,闸下对冲消能,能够改善闸下流态和下游河道的流速分布,消能率高,消能效果优于常规消力池,并能够取代常规消力池。     

浅水垫消力池水力特性试验

为解决常规消力池临底流速大,流态不稳等问题,以云南省楚雄州青山嘴水库工程为例,通过水工模型试验,提出浅水垫消力池的体型;揭示了浅水垫消力池的水流流态、流速分布、水面线形态和压力分布等水力特性,并与常规消力池与下挖式消力池进行了对比。结果表明浅水垫消力池有利于降低消力池临底流速,浅水垫的存在改变了消力池内的水流流态,改善了池内水力学特性,消能效果显著。     

坎深和入池角度对跌坎型底流消能工水力特性影响的试验研究

采用水力学试验方法,对跌坎型底流消能工的水流流态、时均动水压力分布以及临底流速进行了分析.并对影响消力池水力特性的跌坎深度和水流入池角度进行了研究.研究表明跌坎型底流消能工能有效改善消力池内的水力学指标,但跌坎深度和水流入池角度对其影响较大.因此,如何确定消力池的跌坎高度和水流入池角度是进行消力池设计的关键.     

浅水垫消力池的大涡模拟研究

浅水垫消力池与常规消力池相比,消能效果更好,而且可以减小挖深和池长,经济效果显著。以往对浅水垫消力池的研究多局限于试验手段,本文采用大涡模拟方法对浅水垫消力池进行了数模计算。计算结果表明,在流态、流速、时均压力及脉动压力等水力参数上,数值计算结果都和模型试验结果基本一致,说明大涡模拟方法能较好地模拟具有复杂流动的浅水垫消力池的各种水力特性,可以采用该模拟方法深入研究该型消力池的水力特性及消能机理。     

一字闸消能形式试验研究

为了探讨一字闸下游的最佳消能形式,本文根据一字闸水流特点,提出四种底流式消能工进行对比实验,通过对水流流态、流速分布、消能率等因素的综合分析,认为对渠系建筑物中的小型一字闸,选取挖深式消力池做消能工即能满足工程需要.     

洞塞泄洪洞的3维数值模拟研究

为解决高水头、大流量、出口尾水位低导流洞改建洞塞泄洪洞的布置和消能问题,提出了"垂直洞塞+压坡洞塞+水平洞塞组"这种新型的洞塞布置和消能形式,并采用RNGk-ε双方程模型和VOF方法,对采用该种新型洞塞布置形式的洞塞泄洪洞的流场进行了3维紊流数值模拟,得到了压强、流速、消能率等重要水力特性的分布规律,且将部分计算结果与试验结果进行对比分析,结果吻合良好,验证了采用该数值方法计算强紊动、强剪切射流以及大尺度漩涡流动的可行性.同时,研究结果也表明,某水电站非常泄洪洞采用"垂直洞塞+压坡洞塞+水平洞塞组"的消能模式消能,洞内能形成较强的紊动,消能效果好,满足工程要求.     

消力池内辅助消能工对水跃消能效率的影响

对于中低水头径流式水电站,通常采用底流消能方式来消减过坝的水流能量,在消能的过程中消力池中水跃的形式、强弱以及辅助消能工的布置形式直接影响整个消力池的消能效率.通过模型试验,结合具体工程实例,探讨了消力池内布设辅助消能工后对水跃消能效率的影响,以及消能工的合理布置对于优化消力池结构的作用,研究辅助消能工的消能规律,为实际工程提供参考.     

通海阀内流道优化降低流噪声

针对船舶、潜艇海水管路系统中阀门引起的流噪声问题,采用计算流体力学通用软件Fluent对实际使用中的通海阀内流场分布进行仿真计算,根据该可视化结果分析影响通海阀性能和产生噪声的原因,对通海阀的结构进行改进,提出了一种新型内流道结构.该内流道,可有效降低阀内最低压力、提高阀内最高速度、降低阀内最高湍动能、消除漩涡,能够从根本上降低阀门流噪声.同时为高压通海阀提供一个安全、流畅的内部通道,并对通海阀结构以及流道的优化设计提供指导性建议.     

缸内气流运动及对燃烧过程影响的数值分析

利用数值模拟技术研究缸内气流运动及其对天然气燃烧过程的影响，模拟了带有不同进气道的2种燃烧系统．模拟结果表明：进气过程所产生的气流运动状况影响压缩上止点附近的最终动量矩及涡流运动的中心；缸内涡流运动能够维持到压缩上止点附近，压缩冲程后期燃烧室内湍流强度增大的主要原因是大尺度的滚流破碎成众多小尺度的涡流；缸内涡流中心的位置靠近气缸中心有利于火焰沿径向均匀传播．     

缸内气流运动及对燃烧过程影响的数值分析

利用数值模拟技术研究缸内气流运动及其对天然气燃烧过程的影响，模拟了带有不同进气道的2种燃烧系统.模拟结果表明：进气过程所产生的气流运动状况影响压缩上止点附近的最终动量矩及涡流运动的中心；缸内涡流运动能够维持到压缩上止点附近，压缩冲程后期燃烧室内湍流强度增大的主要原因是大尺度的滚流破碎成众多小尺度的涡流；缸内涡流中心的位置靠近气缸中心有利于火焰沿径向均匀传播.     

植物条件下明渠紊流拟序结构的可视化研究

运用数字图像处理及流动显示技术,对植物条件下明渠紊流拟序结构进行了初步研究。实验结果表明,植物改变了明渠的紊流结构,与无植物条件存在明显差异。根据拟序结构特性,流动可以划分为三个区域：植物内层区,弱猝发现象与类卡门涡街综合作用,尾流涡结构受植物直径及排列方式影响大;植物顶部附近区,紊流结构复杂、结构变化快,同时存在壁面边界层中的猝发现象及自由混合层中大涡配对现象,猝发周期与流速负相关,涡平均渗透深度与流速和淹没度正相关;植物外层区,与明渠外区类似,表现为涡体拉伸及紊流的间歇性。各区紊流拟序结构各不相同,但却相互作用、相互影响。     

Large eddy simulation of unconfined turbulent swirling flow

Large eddy simulations(LES) were performed to study the non-reacting flow fields of a Cambridge swirl burner. The dynamic Smagorinsky eddy viscosity model is used as the sub-grid scale turbulence model. Comparisons of experimental data show that the LES results are capable of predicting mean and root-mean-square velocity profiles. The LES results show that the annular swirling flow has a minor impact on the formation of the bluff-body recirculation zone. The vortex structures near the shear layers, visualized by the iso-surface of Q-criterion, display ring structures in non-swirling flow and helical structures in swirling flow near the burner exit. Spectral analysis was employed to predict the occurrence of flow oscillations induced by vortex shedding and precessing vortex core(PVC). In order to extract accurately the unsteady large-scale structures in swirling flow, a three-dimensional proper orthogonal decomposition(POD) method was developed to reconstruct turbulent fluctuating velocity fields. POD analysis reveals that flow fields contain co-existing helical and toroidal shaped coherent structures. The helical structure associated with the PVC is the most energetic dynamic flow structure. The latter toroidal structure associated with vortex shedding has lower energy content which indicates that it is a secondary structure.     

截面涡结构的描述方法及其在叶栅流场中的应用

基于微分方程定性分析理论，并通过对与涡轴垂直和斜交截面上旋涡结构关联式的研究，给出了在与涡轴斜交的截面上描述旋涡速度矢量的原则。遵循此原则，可保证在与涡轴斜交的截面上，所得到的旋涡与流场中交际旋涡在涡结构与旋涡存在性两方面的一致性。将直角坐标系下截面涡结构的判别准则，发展为适合描述叶轮机内部旋涡结构的任意曲线坐标系下的截面涡结构。通过数值模拟简要分析了通道涡拓扑结构的演化。     

Recognition of vortex structures in turbulent refractive index field using wavelet transformation

When the light wave propagates through the hypersonic flow field,the aero-optic distortion happens.It is necessary to recognize the vortex structure for studying the light propagation model.A new vortex structure recognition method is proposed in this paper.Firstly,the refractive index field,which is transformed from the turbulent density field,is changed to gray scale images with abundant texture information equivalently.Then,wavelet transform is performed to decompose these images and the entropy values of the wavelet base coefficients are calculated.Comparing the entropy value to a given threshold,the modules with lower entropy are considered to be the large-scale vortex modules while those with higher entropy are small-scale vortex modules.The computer simulation results show that the proposed method is valid to recognize the vortex structures.This paper provides basis for investigation on the optics propagation model in terms of the turbulence vortex structures.     

球阀流场的数值模拟与分析

首先应用前处理软件GAMBIT生成简化计算模型,并采用T-Grid格式划分网格,利用FLUENT软件,对球阀流场三维分离流动进行模拟．分析不同阀芯开口度下的阀门内部流场,并提出如下结论：球阀开口度为20°时在球阀内形成了漩涡流动,整个流场以回流为主,有一对大小相等方向相反的漩涡控制阎芯的流场;当球阀开口度继续增大时,漩涡尺寸随开口度增大而持续增大;当球阎开口度大于70°时,整个流动区域漩涡流动全部消失．球阀流量系数随球阀开口度的增大而增大并呈抛物线状,开口度越大,增长的速度越快．     

混流式水轮机空化流动特性分析

采用混合物空化模型对混流式水轮机的内部流场进行了数值计算,得到了大流量工况、最优流量工况、小流量工况水轮机的内部流动特性。计算结果表明：在大流量工况和小流量工况下,尾水管中心截面的低压区与涡带是相对应的,压力脉动的幅值主要受尾水管涡带直径两端压力差的影响,其尾水管进口段左右两侧以及弯肘段附近均有较大的漩涡区域,造成较大的能量耗散,尾水管内有明显的回流现象,水轮机内部流动比较紊乱。     

阶梯-深潭系统消能率的试验研究(研究生论坛)

阶梯-深潭系统是高坡降河流上经常发育的一种河床结构,它能够形成阻力、极大的消耗水流能量,从而稳定河床。为了更加深入的了解阶梯-深潭系统的消能率变化规律和阶梯-深潭系统的优化设计,本文研究了阶梯-深潭系统在不同量级洪水下的消能率,并对构造的两种形式的阶梯-深潭系统在不同量级洪水下的消能率进行了对比分析。试验在云南省昆明市东川区蒋家沟内进行,试验沟道由泥石流堆积物上开挖而成,利用在沟道上游修建的水池来制造试验洪水,阶梯-深潭系统用直径0.3-0.5m的大石块构造。试验采用了两种典型的阶梯-深潭系统构造形式,一种为单个阶梯加较深深潭的构造形式,一种为多级阶梯加较小深潭的构造形式。试验结果表明,阶梯-深潭系统消能率最高能达到90%以上。阶梯-深潭系统的消能率随着洪水量级的增大会减小。在各种工况下,第一种形式的阶梯-深潭系统消能率要高于第二种形式,本研究为阶梯-深潭系统的优化设计提供了依据。     

非线性波作用下潜堤周围的流体分离与涡流结构

采用粒子图像测速技术（PIV）和基于雷诺时均纳维尔-斯托克斯方程（RANS）的数值模型研究了斯托克斯二阶波作用下抛石基床矩型潜堤周围的流体分离与涡流结构。越堤前后试验波面发生了非线性变形,迎浪面波形的不对称度和偏度分别为-0.21和0.04,波面前倾,背浪面波形的不对称度和偏度分别为-0.39和0.99,相对于垂直轴和水平轴的不对称性更显著。由PIV数据得到的相平均速度场和涡量场显示,迎浪面和背浪面周期性地生成顺时针涡和逆时针涡,但均未能充分发展,由随后到来的变向水流携带与自由液面或结构表面相互作用而耗散。迎浪区域的涡对运动范围较窄,局限于距离堤面约0.5倍Keulegan-Carpenter数的范围内,波能损耗小,背浪区域的涡对扩散范围较大,局限于距离堤背约1倍Keulegan-Carpenter数范围内,波能损耗大。迎浪基肩上存在一个小型环流系统,影响范围约2个水质点运动轨迹,可能引起局部冲刷。基于RANS-VOF（Volume of Fluid）格式构建了数值波浪水槽,借助试验数据探讨了不同造波方法的适用性和海绵层的消能效果,进一步研究了边界层的分离现象。数值结果表明,涡旋的涡量供应主要来自于结构表面的剪切边界层,而这些反旋涡量是由前一时刻的分离涡运动引起的逆压梯度诱导生成的。涡旋的生成、泄放、拉伸、对流、耗散会显著改变水下结构物周围的局部流场,进而影响局部冲淤和受力,工程设计中应考虑涡旋引起的复杂流动效应。