淹没式勾头丁坝水流特性研究

为研究过勾头丁坝的水流特性,选用Flow-3D中的RNGκ-ε紊流模型建立了勾头丁坝水流计算三维数学模型,并采用淹没式丁坝的物理模型试验验证了所建模型能较好地模拟过丁坝水流。基于所建数学模型分析了不同型式丁坝(上伸勾头丁坝、T型丁坝、下伸勾头丁坝)的过坝水流特性,结果表明上伸勾头丁坝对水流挑流影响最小;T型丁坝勾头对水流流向改变较大,坝头处水流流速最大;下伸勾头丁坝坝身后存在回流漩涡与方向不同的两个横轴漩涡。     

PIV技术在暂冲式风洞高亚音速平面叶栅流场测量中的应用

针对PIV技术在暂冲式风洞高亚音速平面叶栅流场测量中遇到的示踪粒子投放问题,本研究通过采用高压雾化式粒子发生器以及安装在稳压段前的撒播器,有效地使示踪粒子均匀地与主流混合,并成功对某扩压叶栅在设计攻角下的叶栅流道及尾迹速度场进行测量,获得了进口马赫数从0.3至0.73的二维速度矢量场。为了验证PIV试验结果的可靠性,对叶栅流场进行了数值模拟。结果对比表明:采用PIV技术测得的叶栅中截面二维速度矢量场合理地反映了叶片槽道及尾迹的流动结构,与数值模拟结果较为接近;对于跨、超音速或大攻角下叶栅流场,需考虑是示踪粒子壁面污染对测量的影响。本研究提出的PIV测量技术可应用于基于吸附式、合成射流等流动控制技术的高亚音速叶栅流场的测量。     

内旋流流化床颗粒运动的研究

内旋流流化床供风的速度较低、颗粒的流动属于稠密气固两相流,利用通常的测量手段研究内旋流流场,尤其是颗粒的速度场存在一定的困难,由于内旋流流化床是一种近似二维床,可以利用瞬态平面二维速度场测量技术（ＰＶ和ＤＰＩＶ）测量流化床某一断面的颗粒流场。对实验室原有的ＤＰＩＶ系统进行了改进,并用该系统初步研究了内旋流流化床颗粒运动的速度场。结果较好地描述了颗粒的二维流动。     

扩散燃烧流场测量的PIV应用研究

为了研究燃烧火焰结构及其内部流动状况,考察其在燃烧喷嘴前回流区冷态试验模拟中和实际燃烧状况下的差别,利用二维粒子成像速度仪(PIV)对带钝体燃烧器中的丙烷／空气扩散燃烧的流场进行了测量,实现了火焰内部流动的可视化．通过对热态流场与相应冷态流场的对比分析表明,在复杂燃烧中冷态流场模拟与实际燃烧过程中的流动存在较大差别,实际燃烧中的流动状况变得紊乱,回流区在长度和宽度上都明显增大．     

稀疏化动态模态分解算法在发动机缸内流场研究中的应用

采用大涡数值模拟方法模拟了发动机缸内冷态流场,连续计算100个周期,获得了缸内多循环流场数据库,模拟结果通过粒子图像速度场测量技术(PIV)测量试验进行了验证.然后,采用动态模式分解(DMD)算法分析动态非线性系统流场数据库,以识别其流动特性.结果表明:DMD算法能够有效识别缸内涡团脉动频率,提取对应的流场结构,有利于发现在发动机整个工作过程中具有大衰变率的不稳定流场结构.此外,改进的"稀疏化"DMD算法可有效地对最重要的流场结构进行低维近似,这将有利于寻找影响和控制发动机缸内流场动态演化的方法.     

第四代DLE燃烧室流场特性研究

参照西门子的第四代干式低污染(Dry Low Emissions,DLE)燃烧室,设计了模型燃烧室,通过激光粒子图像速度仪(Particle Image Velocimetry,PIV)测量技术,对燃烧室头部出口流场进行了实验研究,分析了头部结构变化和入口空气流量变化对流场特性的影响。研究结果表明:两个主旋流器的旋流方向组合对燃烧室头部出口的流场特性有着很大影响;预混室RPL (Rich-Pilot-Lean)段的流量变化主要影响旋流器中轴线附近的轴向回流速度;入口空气流量变化对流场的影响主要表现在速度值上,但对速度变化趋势没有太大的影响。     

间距对错口插板透水丁坝缓流效果的影响

探究间距对错口插板透水丁坝缓流效果的影响，可为现代护岸工程的设计提供理论依据。使用CCHE2D软件对塔里木河新其满河段实体水槽模型进行二维数值模拟研究，分析了不同间距错口插板透水丁坝对上游透水丁坝作用区水面线、流速、河床切应力分布的影响规律。结果表明，当相对坝长比b/B=0.21,且在来流量、坝长等因素不变的情况下，透水丁坝间距越大，上游插板透水丁坝坝后缓流及流速均匀性越好，水位雍高值逐渐减小且河床切应力呈减小趋势。当间距为5倍有效坝长时，上游插板透水丁坝坝后流速、水位及河床切应力均趋于稳定。研究结果可完善插板透水丁坝作用区缓流效果理论。     

新型内直流外旋流燃烧器流场特性的研究

研究了一种新型燃烧器的流场特性,其一次风分为内直流、外旋流2部分.采用5孔探针法和粒子图像测试技术测量一次风管模型的冷态射流场,并采用CFD软件进行数值模拟.对比分析了流场的时均分布和湍流特性(旋流强度、湍流强度、方向关联系数及湍动能等).结果表明:一次风的内直流部分使其具有一定的射流刚性,且没有中心回流区;外旋流部分对内、外侧气流的卷吸作用则使流场拥有较好的外部回流、整体混合及滞留特性;两者作用的相对强弱取决于叶片倾角及内外筒径比等.     

N_2稀释对合成气扩散火焰流场的影响

对带有N2稀释的中热值合成气旋流燃烧火焰的热态流场进行了PIV(粒子图像速度仪)测量,分析了不同稀释量对燃烧流场的影响规律.实验结果表明,N2的存在主要改变了射流区的尺寸,火焰的宽度基本不受影响,最高回流速度随稀释量的增加而增大,回流区内的脉动则随之减小,同时稀释量的增加会降低回流区内的湍动能,从而引起火焰温度的降低.     

PIV技术在柴油机缸盖水套流场测量中的应用

研究柴油机缸盖水套内流场的结构,进一步认识冷却液的流动机理,急需流场试验数据的验证.针对缸盖内部几何尺寸狭小、空间结构复杂以及光路安排困难等问题,发展了一种用于测量柴油机缸盖水套内流场的粒子图像速度场测量技术(PIV).在不影响试验件内部流场的基础上,对缸盖试验件进行了改造,使其符合PIV系统光路要求;选取了合适的示踪粒子,并研制了粒子投放装置;对测量视场进行了标定;最终,获得了狭窄区域流场不同截面上的速度场、涡量场和湍流度等流动信息.     

流量对单排插板透水丁坝促淤效果的影响

为研究流量对单排插板透水丁坝促淤效果的影响,确定插板透水丁坝促淤效果最优的流量条件,采用CCHE2D模型对单排插板透水丁坝坝后淤积区形状、坝后最大淤积长度、坝后最大淤积宽度、坝后最大淤积高度及坝后淤积面积随流量变化的规律进行数值模拟。结果表明,当流量为524~950 m3/s时,插板透水丁坝坝后淤积区平面及纵断面形状特点相似且促淤效果较其他流量条件较好;当流量在120.95~1 750 m3/s范围内,随着流量增大,坝后最大淤积长度、坝后最大淤积宽度、坝后淤积面积先增大后减小且均在流量为737 m3/s时达到最优。     

单个透水丁坝对溢洪道泄槽弯道水流流态影响试验研究

为了研究单个透水丁坝对溢洪道泄槽弯道水流流态的影响,采用PVC板制作试验模型,进行了溢洪道泄槽弯道凹岸3个位置(1/4、1/2、3/4弯道处)、3个角度(45°、60°、75°)布置单个透水丁坝的水力学试验。利用试验结果,分析了溢洪道泄槽弯道水面均匀度、弯道横断面最大水面横比降、壅水曲线等弯道水流特征。结果表明,与无透水丁坝相比,弯道内布置单个透水丁坝后的弯道水面均匀度均有增加;单个透水丁坝布置角度为60°或75°时,弯道横断面最大水面横比降减小。在布置角度相同、布置位置不同的条件下,单个透水丁坝在弯道1/4处引起的壅水曲线的长度最短;在弯道1/4处,当单个透水丁坝布置角度为60°或75°时,弯道内的壅水曲线长度最短;在弯道1/2或3/4处,当单个透水丁坝布置角度为75°时,弯道内的壅水曲线长度最短。     

丁坝对弯道水流紊动强度影响的试验研究

采用三维声学多普勒流速仪对弯道内丁坝附近水流的紊动特性进行了系统的试验研究,较为精确地测量了弯道内丁坝附近水流的三维时均流速和脉动强度等.根据试验数据,探讨了弯道水流及丁坝附近水流的紊动机理,分析其紊动特性,同时还对紊动强度分布特点进行了比较.     

丁坝对弯道水流特性影响的数值分析

针对丁坝对弯道水流水力特性影响的问题,建立了相应的概化模型,通过数值模拟的方法研究了不同角度下丁坝对弯道水流特性、弯道水流横向水面超高和流速场的影响。结果表明,在丁坝影响下,弯道水流横向水面横比降计算公式应考虑丁坝对河道的束窄、丁坝尺寸和弯道角度等综合因素的影响进行修正,为深入探讨弯道水流特性奠定了基础。     

山区河道截流中分流丁坝布置方案研究

基于山区河道河床比降大、导流建筑物在截流初期泄流能力偏小等特点,将丁坝应用于山区河道截流施工中,采用模型试验方法研究了单侧导流条件下丁坝的布置方案。结果表明,丁坝宜布置于导流建筑物进口对岸进口中间点偏下游侧,丁坝长度对河道的束窄率介于30%~40%之间,就能够有效减小截流龙口落差,增大分流建筑物分流比。     

Investigation of gas-solid two-phase flow across circular cylinders with discrete vortex method

In present paper, a Lagrangian–Lagrangian model is proposed to study gas-solid two-phase flow across single cylinder and two tandem cylinders at high Reynolds number. In this model, the single-phase flow is simulated by discrete vortex method and the particle trajectories are tracked by particle motion equation. A sub-cycle is introduced to adjust time-step in the particle collision model, through which the simulation of two phases is coupled. Validated by the comparison of the particle trajectory in Rankine vortex with literature, this model is used to study single-phase flow across single cylinder and cylinders with different arrangements firstly to get transient flow field and drag coefficients. Then, gas-solid two-phase flow across cylinders with different arrangement is studied and particle distribution is obtained under different Stokes number for horizontal and vertical particle transport cases. The settlement, entrainment and aggregation of solid particles moving with the large-scale coherent vortex structure in the wake of single cylinder and between two cylinders are numerically investigated, and the effects of St number on the distribution of solid particles are obtained.     

Interactive flow field around two Savonius turbines

The use of a Savonius type of vertical axis wind turbine is expanding in urban environments as a result of its ability to withstand turbulence as well as its relatively quiet operation. In the past, single turbine performance has been investigated primarily for determining the optimum blade configuration. In contrast, combining multiple Savonius turbines in the horizontal plane produces extra power in particular configurations. This results from the interaction between the two flow fields around individual turbines. To understand quantitatively the interaction mechanism, we measured the flow field around two Savonius turbines in close configurations using particle image velocimetry. The phase-averaged flow fields with respect to the rotation angle of the turbines revealed two types of power-improvement interactions. One comes from the Magnus effect that bends the main stream behind the turbine to provide additional rotation of the downstream turbine. The other is obtained from the periodic coupling of local flow between the two turbines, which is associated with vortex shedding and cyclic pressure fluctuations. Use of this knowledge will assist the design of packaged installations of multiple Savonius turbines.     

抽水蓄能电站同发同抽工况下漩涡特性的研究

为探究抽水蓄能电站同发同抽工况的可行性,对某抽水蓄能电站进行物理模型试验研究发现,当电站最低淹没深度满足Gordon公式的要求时,在同发同抽工况下侧向进水口前观测到尺度和强度较大的立轴漩涡。通过分析对比单个水力单元单向发电工况与同发同抽工况的库区流态,得出在同发同抽工况下,抽水侧水体形成的沿岸回流与发电侧表面横流相互挤压后汇聚,对涡核区域水体施加附加剪切力,从而导致回流流速持续增大,产生吸气漩涡。针对产生漩涡的水动力学条件,提出抬高死水位和在进/出水口上方平台加设隔墙两种方案,达到消除同发同抽工况下的吸气漩涡的目的。研究成果可为抽水蓄能电站同发同抽工况研究提供参考。     

Parametric dependencies of the yawed wind‐turbine wake development

Yaw misalignment is currently being treated as one of the most promising methods for optimizing the power of wind farms. Therefore, detailed knowledge of the impact of yaw on the wake development is necessary for a range of operating conditions. This study numerically investigates the wake development behind a single yawed wind turbine operating at different tip‐speed ratios and yaw angles using the actuator‐line method in the spectral‐element code Nek5000. It is shown that depending on the tip‐speed ratio, the blade loading varies along the azimuth, resulting in a wake that is asymmetric in both the horizontal and vertical directions. Large tip‐speed ratios as well as large yaw angles are shown to decrease the vertical asymmetry of the yaw‐induced counter‐rotating vortex pair. Both parameters have the effect that they increase the spanwise force induced by yaw relative to the wake rotation. However, while the strength of the counter‐rotating vortex pair in the far wake increases with yaw angle, it is shown to decrease with the tip‐speed ratio. The vertical shift in the wake center is found to be highly dependent on the yaw angle and the tip‐speed ratio. These detailed insights into the yawed wake are important when optimizing potential downstream turbines.     

横隔板式鱼道水力特性数值模拟研究

为改善堤、坝等阻碍鱼类洄游的现状应用了鱼道、鱼闸等过鱼设施,采用RNG κ-ε湍流模型和有限差分法对兴隆水利枢纽工程鱼道进行了数值模拟,分析了淹没孔口式横隔板鱼道的流态和紊动能,研究了过鱼池和休息池的水力特性。结果表明,淹没孔口式横隔板鱼道的孔口水流具有固定特性,紊动能的分布空间较广,消能效果较好。过鱼池和休息池内水流的流态较稳定,能满足过鱼对象的需求。