电动三通比例阀三维湍流数值分析及优化控制

为分析管路系统中三通比例阀的流量特性,对三通比例阀进行了三维流场数值计算。当三通阀用作分流时,分析了出口流量比和出口水头损失率随入口雷诺数及阀芯位置的变化规律;当用作合流时,分析了入口流量比随出入口压力差及阀芯位置变化规律。结果表明:比例阀的各口流量比主要受阀芯位置影响,在三通比例阀中腔体形状、壁面糙度一定的情况下,降低入口雷诺数可减小局部阻力损失。实现了基于流量比特性曲线的优化控制。     

弯管阻力损失及流场特性数值模拟

为了探讨弯管的阻力损失规律及流场特性,基于标准k-ε湍流模型及其SIMPLE解法,对DN75、弯曲半径R=200 mm的90°弯管进行了数值计算,结果表明:弯管的阻力系数随雷诺数的增大先减小后趋于稳定,在Re1.2×10~5后进入阻力平方区;通过弯管的压力降幅很大,可达74.1%,造成很大的水头损失;水流在转弯断面的压力分布和流速分布很不均匀,在外管壁处压力增大、流速降低,在内管壁处压力降低、流速增大,经过转弯后压力和流速梯度逐渐减小,分布逐渐均匀。     

流道滤网微观阻力机理试验研究及应用

从滤网几何与物理特性、水的薄膜结构、絮凝特性等角度对滤网微观阻力进行了机理分析与试验研究。通过不同规格滤网、不同来流条件的水槽试验,得到滤网空隙率、网前流速水头、水流Re与滤网水头损失的相关关系,同时发现了受空隙率影响滤网局部水头损失具有两类不同变化特征,并给出了孔隙率的界限阈值。基于当量阻力概念,提出了满足局部阻力损失相似的模型滤网设计方法,并在大型电厂流道模型试验中运用,取得较好效果。研究成果补充完善了流道滤网微观阻力相似理论。     

管路突然扩大时局部水头损失的数值模拟

选取了Spalart-Allmaras湍流模型,对Re＜5500时管路中突然扩大的局部水头损失进行了数值模拟.计算结果表明:模拟得到的测压管水头与试验值吻合较好,用断面平均速度计算速度水头时,若取动能修正系数为1.0,则会使局部水头损失的计算值较实际值偏小,速度水头计算方法的影响远大于突然扩大管路的沿程损失对局部水头损失系数的影响.     

射流混水过程数值研究

为解决射流混水过程中的综合性能问题,探索射流混水物理场,利用计算流体力学、传热学理论,改变主动流体的Re,对射流混水过程进行数值计算。深入研究的结果表明:随着Re的减小,射流混水过程整体速度降低,壁面处速度梯度减小;入口2、出口两侧(或单侧)区域温度值较大,温度最大值发生在入口2第一条等值线;靠近壁面处熵产值较大,最大值发生在混合室上壁,湍流核心区熵产值较小,最小值发生在中轴线区域,它们间的熵产不具有同一量级,即产生一种"壁面现象";随Re增大,熵产的面积加权平均值渐变波动增大,射流混水过程中粘性熵产比传热熵产大得多。射流混水过程最Re区间为1 950 000~215 500。     

抽水蓄能电站侧式进出水口四流道布置体型试验研究

针对抽水蓄能电站中广泛采用的四流道进出水口体型,进行水力特性试验研究。结果表明,在进水口收缩段末端处,分流中墩的后撤距离宜取边墩间距的0.8～1.1倍,而边墩间距宜取收缩段末端宽度的0.4～0.5倍,此时进水口正反向流动水力学指标同时满足设计规范要求。进水口前漩涡流态主要与雷诺数Re有关,当Re4.5×10~7时,防涡梁上部不会出现有害漩涡;当Re=7.4×10~7时,会出现4类非挟气贯通性漩涡;当Re=1.0×10~8时,会出现6类贯通性吸气漩涡。进水口水头损失试验会受到水流黏滞性影响,为保证水流处于阻力平方区,模型雷诺数一般应大于3×10~4。上述成果可为类似工程的设计与研究提供参考。     

竖井旋流泄洪洞洞内流速分布试验研究

通过模型试验,对竖井旋流泄洪洞竖井壁面流速和压强进行了测量,分析了竖井段的沿程水头损失和压力分布特性.计算结果表明:竖井旋流泄洪洞的能量损失主要由两大部分组成:①壁面摩擦造成的沿程水头损失;②水流进入竖井底部水垫造成的能量损失.分析研究后认为:当竖井高度较小时,水垫消能占主要部分;当竖井的高度增加时,竖井消能所占比例将不断增大.     

水电站进水口拦污栅水头损失试验研究

水电站进水口拦污栅锈蚀和堵塞严重影响着水轮发电机组的出力。文章以丰满水电站为工程背景,应用水工水力学模型试验方法研究了拦污栅锈蚀程度和堵塞状态与水头损失增量的关系。结果表明:拦污栅栅条锈蚀对水头损失的影响很大,锈蚀后水头损失增量可达原进水口损失的60%;拦污栅堵塞后,其对水流的阻力要比本身锈蚀对水流的阻力大得多,局部水头损失随堵塞率的增加而急剧加大。应用本文试验结果对布尔可夫及丘金娜犤4犦公式进行了修正,建议水电站拦污栅设计水头损失取值3～5m。     

水电站拦污栅锈蚀和堵塞增加水头损失的试验研究

以丰满水电站为工程背景，应用水工水力学模型试验方法研究了拦污栅锈蚀程度和堵塞状态与水头损失增量的关系．结果表明：拦污栅栅条锈蚀对水头损失的影响很大，锈蚀后水头损失增量可达原进水口损失的60％；拦污栅堵塞后，其对水流的阻力要比本身锈蚀对水流的阻力大的多，局部水头损失随堵塞率的增加而急剧加大．应用本试验结果对布尔可夫及丘金娜公式进行了修正，建议水电站拦污栅设计水头损失取值3～5m。     

工程实践应用中沿程水头损失计算补充完善研究

通过概化管道计算实例,指出目前工程实践中较多采用的谢才公式法在计算沿程水头损失时的局限性和不足。经分析研究,为补充完善沿程水头损失计算方法,提出和确定以临界流速为区隔各个水流流态区间的特征指标。并以钢管、混凝土管和混凝土渠道为代表,分析确定了相关临界流速阈值,研究和总结归纳得到在不同输水形式、不同特征管径或宽度,不同流态区间情况下的适用于各水流流态区间的沿程水头损失实践应用计算方法。