有加强肋板的三岔管水流数值模拟及水头损失研究

结合西龙池抽水蓄能电站，对有加强肋板结构的三岔管内水流进行数值模拟及物理试验研究，采用SIMPERC方法求解三维紊流方程，选取不同的肋宽比进行数值模拟，得到分岔管水头损失系数随肋宽比变化的规律，较好地复演了三岔管管内水流的运动，能满足工程实际需要，并通过物理模型验证了所用数值方法的合理性和计算精度。     

内加强月牙肋三岔管水力特性数值模拟

本文对西龙池抽水蓄能电站的三岔管双向水流水力特性进行研究。选用定常不可压缩流动的N S方程和RNGk ε湍流模型,计算了3种分岔角的流动,得到了分岔角、肋宽比和分流比对岔管水头损失的影响。分析了不同工况下水头损失的形成机理。研究结果认为分岔角增大将使水头损失加大,内加强月牙肋使水头损失减小,水头损失与两岔管的分流比密切相关。所得结果与物理模型试验结果相互验证。     

基于水流数值模拟的抽水蓄能三岔管肋宽比最优化分析

为满足西龙池抽水蓄能电站设计和工程需要，本文对有加强肋板结构的三岔管内水流进行数值模拟，计算采用SIMPLEC方法进行压力迭代，求解三维k-ε紊流方程，选取不同的肋宽比进行数值模拟，并与物理模型试验比较，两者吻合较好，证明数值计算能复演三岔管管内水流运动。通过Box-Cox变换选择合理的回归模型，对分岔管肋宽比进行优化分析，得到肋宽比的最优值。     

三岔管水流数值模拟研究

结合西龙池抽水蓄能电站中岔管部分的设计要求，对带有月牙肋板的三岔管水流进行数值模拟研究．计算采用SIMPLEC方法进行压力迭代，求解三维k-ε紊流方程．较好地复演了三岔管管内水流的流速场．通过和物理模型实验结果验证，肯定了所采用的数值模拟方法的合理性．     

管道汇流口局部阻力试验研究

通过试验研究并结合水动力学原理，在分析汇流口独特水力特性及能量损失机理的基础上，提出了适用于任意角度汇流管路分析计算的局部能量损失系数的普遍表达式。分析了交汇角、流量比(支管流量／合流量)及面积比(支管面积／主管面积)等因素的影响规律，并对各影响因素进行了分析比较。研究结果表明，管道汇流口水流的局部能量损失，必须考虑汇入断面上支流沿下游主流方向的动量分量和主支流间相互掺混引起的附加摩擦阻力的影响。局部能量损失系数随交汇角、流量比增加而增加。当流量比较小时支流的局部水头损失系数出现负值，而当流量比较大时主流的局部水头损失系数出现负值。分离区内外压强差随交汇角增大而增大，随流量比的增大先增大后减小。     

隔墩对尾水管内部水流运动稳定性影响分析

随着数值仿真计算精度的提高,并考虑到试验成本因素,数值模拟在水流运动规律分析中应用越来越广。基于CFD技术对设计的3种不同类型尾水管进行仿真分析,通过对比尾水管流速分布和流线等参数,揭示了隔墩对尾水管内部流动的影响。研究结果表明:适当增加隔墩长度能够有效减弱尾水管内部的不稳定流动,改善过流流态,降低尾水管内压力脉动和提高能量回收。     

沸腾并联管束多级节流下受热不均时流量分…

并联管网广泛存在于动力，化工，原子能设备中，管内为单相流动的复杂管网计算已趋复杂。对于管内为两相，考虑受热不均有级节流方式下的管网计算目前还没有合适的数学模型，已有实验研究只能进行单相下缩小设备尺寸的比例模化，与实际设备相差较远。本文基于管网计算的两个基本规则，提出数学模型，获得了各单管或管屏的水动力特性曲线方程，从而计算出各分支管的流量。编制了程序，对模型的正确进行了考验，该模型被证明有效的。     

PVC硬管摩阻损失的试验研究

根据ＰＶＣ硬管的室内试验和大田实测资料，阐述了管内的水流流态。通过对测试进行回归分析，得出了摩阻损失试验公式，并对ＰＶＣ硬管百米水头损失计算值与大田实测值进行了分析比较。     

高水头电站岔管过渡段水力优化研究

高水头电站岔管处的水流流动较一般水头更为复杂,所产生的局部损失较大。为此,以高水头电站岔管过渡段的优化为研究对象,建立了不同岔管过渡段的三维数值计算模型,数值模拟了最大发电流量下不同锥角角度过渡管的岔管内流速和压力分布,分析计算了不同工况下的水头损失系数大小。结果表明:随着锥形过渡管锥角角度的增大,岔管处的回流区和相对低压区有效减小,局部损失系数也相对减小,流场分布更加均匀。     

长距离重力有压流输水管系统连通管布置研究

为更合理、科学地布置连通管,使得双管并联长距离重力有压流管路系统更经济、安全,建立了一个理想的双管并联长距离重力有压流输水管路模型。该模型管道采用相同的材质、相同的管径,忽略连通管长度以及连通管桥接带来的水力损失,并假设输水系统的局部损失系数均匀分布。然后根据水力学原理,建立了基本的能量方程和连续方程来对该模型进行求解。再结合实际工程的具体设计要求,得到一个关于相邻连通管间距的数学表达式,进而提出了一种双管并联长距离重力有压流输水管路系统连通管布置的设计方法。最后定量分析了相邻连通管间距的影响因素及其对压力水力坡降线、输水流量的影响。结果表明:相邻的两根连通管之间的距离仅与上下游水位、管线中心点高程、输水管线建筑物、连通管的位置以及最低水量的要求有关,与管材、管径、管内平均流速、输水流量、水力损失系数无关;相邻的两根连通管间距越大,故障段前后的并联管和故障段单管的水力坡降线就越缓;连通管桥接后的输水流量与检修段的水力损失在整个输水系统总损失的占比有关。研究结果对双管并联长距离重力有压流输水管路系统连通管布置具有一定的指导意义。     

NFL系列量水计的应用研究

本文介绍了一种新型的量水设备，其结构形式是以文透里管为主管，喉管上连接一支管与上游水体或进入段接通，支管上安装一旋翼式水表。根据伯努利连续方程原理，即在同一时段内总管流量与支管流量之比是一常数，故可由水表在某一时段内的读数推算出同时段内总的过水量。该量水计具有结构简单、建造容易、造价低、测读简捷、灵魂度高等特点，而且在自由流和淹没条件下有同一的数值，量水精度达95％以上。     

船闸输水基本方程的应用

根据总流非恒定流的能量方程推导了船闸输水基本方程,对某船闸灌水过程进行了数值模拟。由于输水系统存在惯性,在灌水后期闸室水位出现反向水头即超高,当闸室水位从最大超高开始下降,水体从闸室流向引航道,此时,基本方程中水头损失项必须取与阀门处流速相同的符号。建议在相关规范修订时,将船闸输水基本方程改为文中推荐的公式,以便于应用。     

双向潜水贯流泵装置内流及水力性能分析

为明晰双向运行时潜水贯流泵装置的内流特征及水力性能,采用数值模拟技术对双向潜水贯流泵装置进 行全流道计算,通过模型试验验证数值计算的有效性。结果表明：在叶轮的叶片安放角 0°、双侧可调导叶的叶片 调节角 0°且灯泡体位于内河侧时,泵装置在排涝工况时最高效率为 59.29%,引水工况时泵装置最高效率为 58.41%;双向运行各流量工况时,叶轮进水侧的过流结构内部流线均平顺流态较好,叶轮出流侧的过流结构内部 流态相对紊乱;在双向运行时,直管式流道的出口面轴向速度分布均匀度均大于 92%,速度加权平均角均大于 89°, 直管式进水流道为叶轮提供良好的入流速度分布;在高效工况时,泵装置出水流道进口的偏流角均低于导叶体出 口;叶轮所受的轴向力均随着流量的增大而减小。研究成果为双向潜水贯流泵装置的结构优化提供了一定的参 考价值。     

Numerical analysis of shell-side flow-induced vibration of elastic tube bundle in heat exchanger

The responses of the flow-induced vibration of an elastic tube bundle subjected to the shell-side cross flow are investigated in this paper. The weak coupling method and the fluid solid interface are used to solve the fluid-structure interaction problem with consideration of the geometry and physical natures. The effects of the shell-side fluid flow velocity and the structural parameters on the flow-induced vibration are discussed. Numerical results demonstrate that the vibration frequency and amplitude at the monitor points increase with the increase of the shell-side water inlet velocity in all directions. The wall thickness and the external diameter of the elastic tube bundle have significant effects on the responses of the flow-induced vibration. The structural parameters affect the vibration frequency and amplitude, and the vibration equilibrium position in the water flow direction. The vibration frequency decreases with the increase of the tube external diameter. In addition, the vibration in the water flow direction has a lower equilibrium position when the elastic tube bundle has a larger wall thickness or smaller external diameter.     

海河隧道工程防洪影响分析

海河隧道线路全长2 3034 m,其中主河道沉管段长240 m,沉管断面宽度374 m,高98 m,共设置两节,每节120 m。河道沉管段采用水中沉管法施工。管段安装会对河道的防洪安全产生较大的影响,故须对河段的水沙条件有严格的要求。本文采用三维分层水流泥沙数学模型,通过错层处理,较好地解决了同层网格产生急剧变化,在突变点处隔层网格物理量的影响远大于层间网格的影响问题。对隧道管段悬浮状态、沉放过程中的过流能力、水流流态和河段水流泥沙运移规律进行了深入分析,提出管段对河段水沙的影响程度及解决措施。本研究拓展了三维分层水流泥沙数学模型的应用范围,为保证工程施工安全提供了理论基础。     

椭圆管外流动熵产及放热系数的数值分析

以椭圆管加热水流动为研究对象,对椭圆管加热水流动系统进行了二维数值模拟。通过联立求解流体力学基本方程和熵产方程,获得了熵产、放热系数与雷诺数和纵、横向间距的变化关系。数值分析结果表明:熵产主要发生在管壁表面附近,而在系统内部区域熵产较小,可以忽略;熵产随雷诺数的增大而增大,随纵、横向间距增加而减小,熵产与雷诺数、纵、横向间距存在对应关系,纵、横向间距宜在1.75～2.0间;在相同的雷诺数值时,熵产、放热系数沿流动方向呈现单调减小的趋势;不同的雷诺数值,熵产、放热系数不同,单调减小的趋势相同。放热系数随Re的增大而增大,且与雷诺数存在对应关系。纵向总放热系数随纵、横向间距增大而减小,且存在对应关系。     

NUMERICAL STUDY OF SQUARE-STERN SHIP WAVE IN SHALLOW WATER

This paper employed shallow water equations with moving pressure to calculate water waves generated by a square-stern ship in shallow water. The moving ship is considered as moving pressure on free surface. The finite element method with moving grids is used to solve the shallow water equations based on wave equation model [3]. A non-reflection boundary condition [5]is imposed on open boundaries surrounding the ship. 3-D surface elevations, depth-averaged horizontal velocities are presented. The numerical solutions are physically reasonable. It is found that wave resistance coefficients, draftchange and pitch angle vary rapidly in neighborhood of critical flow (Fh=u/ gh= 0. 9 -1. 1). The numerical results also indicate that the wave resistance coefficients, draft change and pitch angle of square-stern ship are larger than those of sharp-stern ship with the same hull structure at the same speed.     

梯形透水潜坝附近水面线及透水率

为研究结构物的透水特性和水动力特性,利用PIV流场测量系统专用水槽物理模型试验与Flow3D数值模拟相结合的方法研究均匀开孔的梯形透水潜坝附近水面线及坝体透水率的变化规律。结果表明:潜坝附近壅水及水跌高度随透空率的增大而减小,不同透空率潜坝坝后水面均出现"逆坡现象"。相同断面平均流速条件下,水深越大,相对壅水高度越小;当水深大于2倍坝高时,坝体壅水效果逐渐消失。相同坝前远端水深条件下,随着断面平均流速增大,坝后水跌高度增大。最后利用数模计算结果经回归拟合得到透水率的综合计算公式,经验证该经验公式计算结果和实测值最大偏差不超过5%,具有一定的可靠性。     

INFLUENCE OF YOUNG'S MODULUS ON DRAG-REDUCTION IN TURBULENT FLOW USING FLEXIBLE TUBES

In order to develop technologies of friction drag reduction with a flexible tube to be used for water transport, experimental studies were carried out on the influence of Young's modulus on the turbulent drag reduction. The friction coefficients of flexible tubes with different Young's modulus were examined by using a sleeve-tube structure. The fluctuating vibration of the outer wall and the fluctuating pressure on the inner wall of the tubes were measured with a laser displacement sensor and a pressure sensor. The results are as follows. The smaller the Young's modulus of a flexible tube and the larger the Reynolds number, the larger the turbulent drag reduction rates become. The transition from laminar flow to turbulent flow can be delayed with an appropriate Young's modulus. Non-dimensional amplitude of fluctuating vibration on the outer wall is smaller than that of a viscous sub-layer thickness, and is positively correlated with the friction drag reduction.     

预测气垫式调压室运行中漏气量的数学模型

针对气垫式调压室运行过程中气压室内的气体沿单裂缝向黏土夹层渗漏的水-气二相渗流过程，建立了基于多相流理论的水-气二相流模型。模拟了不同的围岩孔隙水压力与调压室内气压力比值情况下的气压室漏气情况，结果表明，当该比值增大时，漏气量将迅速减少，验证了设置水幕防漏措施的有效性。所建立的水-气二相流模型可以充分考虑调压室地质条件，水幕的压力，气室气压及围岩性质等因素的影响，为空气损失评估、水幕设计及对漏气严重的调压室进行修补提供了依据。