桥梁基桩在含沙水流冲击作用下的冲蚀磨损数值模拟研究

过水桥梁的基桩外露已成为影响桥梁安全性的重要因素,携沙水流会对外露部分的基桩产生冲蚀作用,加速混凝土的破坏,累积到一定程度,会导致桥梁安全性降低,影响桥梁交通的正常运营。为研究携沙水流对基桩的冲蚀磨损规律及其影响因素,利用ANSYS-Workbench建立三维模型,在FLUENT的工作环境下,模拟水沙两相流的流动特性,并求解得出基桩最大冲蚀磨损速率。通过数值模拟,研究了携沙水流的流场特性,并得出了在不同流速、含沙量及粒径下的冲蚀磨损规律。结果表明:流速、含沙量及粒径都对最大冲蚀率有较大影响,其中,最大冲蚀率随流速的增加而增大,并呈现出明显的指数关系;含沙量与最大冲蚀率呈现出正相关关系;最大冲蚀率随粒径的增大呈现出先减少后趋于稳定的趋势。研究成果可以为后续基桩冲蚀磨损预测的工程应用提供相关依据。     

不同转速时贯流泵装置出水流道水力性能分析

为了研究不同转速时贯流泵装置出水流道水力性能的变化规律,采用CFD(computational fluid dynamics)方法对贯流泵装置进行全流道三维数值计算,分析了不同转速时出水流道水力损失及平均速度环量的变化规律,以及不同转速时出水流道内流场及进出口断面速度分布的变化规律,该文对比了物理模型试验与数值预测结果的差异性。结果表明:随流量系数的增加,出水流道进口的平均速度环量先减小后增大。在相同流量系数时,随转速的降低出水流道进口的平均速度环量逐渐减小。不同转速时出水流道进口的平均速度环量数值均不相同,出水流道的水力损失未与流量的二次方成线性关系。相同流量系数时,随转速的增加,出水流道的水力损失逐渐增大。转速通过改变出水流道进口平均速度环量的大小影响出水流道的内部流态,不同转速时贯流泵装置出水流道的内流场已不满足运动相似。     

摇臂式喷头喷嘴结构改进及水力性能试验研究

为了降低摇臂式喷头在工程应用中的运行成本、提高喷灌质量,本文针对8034D摇臂式喷头主、副喷嘴结构进行了优化改进,并研究了喷嘴结构改进后对喷头流量、径向水量分布和组合喷灌均匀度的影响。结果表明,主喷嘴内腔锥度角对喷头流量的影响呈显著水平,内腔锥度角越大,喷头流量越小;当工作压力相同时,改进副喷嘴结构对喷头流量的影响不大。随着测点与喷头水平距离的逐渐增加,不同内腔锥度角和圆柱段长度下的径向喷灌强度均呈递减趋势。组合2(1 mm#54°主喷嘴与改进后副喷嘴组合)在4种组合方式中的喷灌均匀性较好,其在喷头正方形布置下7种组合间距(12 m×12 m～18 m×18 m)时的平均喷灌均匀系数为87.8%,其中17 m×17 m时的喷灌均匀系数峰值达到89.3%。综合考虑喷灌质量和经济性两方面,在实际工程设计时,建议8034D摇臂式喷头主、副喷嘴的组合方式优先选用组合2,喷头工作压力设置为250 kPa,且组合间距以17 m×17 m为宜。     

摇臂式喷头内流道流动分析与数值模拟

应用CFD通用软件Fluent模拟了PY140型摇臂式喷头的内流道在安装两种常用稳流器和不安装稳流器情况下的三维黏性流场,分析了三种稳流器情况下喷头流量、内流道静压力分布以及出口断面平均湍动能随进口工作压力的变化规律,并进行了试验验证。研究结果表明不同进口工作压力下喷头流量的计算值要高于实测值约11%,但两者的变化趋势非常一致。喷头安装稳流器有助于消除内流道中的涡流和横向流,降低喷头出口湍动能值,但在一定程度会增加内流道阻力损失,影响喷头的过流能力。此外,常用的90°出口扩散角的圆锥形喷嘴容易在喷嘴出口附近产生逆流。数值模拟和试验表明,减少喷嘴出口扩散角可改善喷嘴出口流态,提高喷头流量。     

摇臂式喷头内流道流动分析与数值模拟

应用CFD通用软件Fluent模拟了PY140型摇臂式喷头的内流道在安装两种常用稳流器和不安装稳流器情况下的三维黏性流场,分析了三种稳流器情况下喷头流量、内流道静压力分布以及出口断面平均湍动能随进口工作压力的变化规律,并进行了试验验证。研究结果表明不同进口工作压力下喷头流量的计算值要高于实测值约11％,但两者的变化趋势非常一致。喷头安装稳流器有助于消除内流道中的涡流和横向流,降低喷头出口湍动能值,但在一定程度会增加内流道阻力损失,影响喷头的过流能力。此外,常用的 90°出口扩散角的圆锥形喷嘴容易在喷嘴出口附近产生逆流。数值模拟和试验表明,减少喷嘴出口扩散角可改善喷嘴出口流态,提高喷头流量。     

冲积河流滩槽定量划分方法及应用

通过理论分析与数值计算,研究了冲积河流漫滩水流水力因子的变化特性。结果表明,断面平均流速在漫滩瞬间迅速减小,然后逐渐增大;断面综合动能修正系数、动量修正系数均随水深而缓慢增加,在漫滩瞬间迅速增大,随即快速减小。根据漫滩水流水力因子沿水深的变化特性,提出采用断面横向平均流速为判别因子以定量划分复式断面的滩与槽。此外,文中将其应用于黄河下游漫滩水流的水沙数值模拟,其结果与实际情况符合较好。     

渣浆泵水力性能试验对比与磨损计算研究

借助CFD软件,采用标准k-ε模型对N-S方程进行封闭运算,求解泵输送清水时水力性能,并进行测试试验分析;采用DPM模型求解并分析输送不同砂粒直径的含砂水时,砂粒对渣浆泵流道内各过流件的磨损程度及位置。试验及计算分析表明：针对渣浆泵内部复杂三维流动及水力性能进行预测的数值模拟分析可靠;输送小粒径砂粒时,砂粒对前盖板磨损程度较后盖板轻,随砂粒增大,后盖板磨损加剧;流量相同时,砂粒越小,叶片背面越易磨损,随砂粒增大,背面磨损削弱,工作面磨损加剧;输送小粒径砂粒时,蜗壳内流道磨损呈散点分布,流量增大,蜗壳磨损加剧;随砂粒直径增大,砂粒磨损蜗壳主要呈散点状、带状及片状形式,蜗壳靠近前盖板一侧较后盖板磨损程度低。     

三峡工程水轮机的浑水特性和磨损特征

针对三峡工程水轮机的运行特点，采用长江天然泥沙进行了三峡水轮机模型浑水试验研究，其目的是了解水流挟沙对三峡水轮机性能的影响、水轮机转轮内泥沙磨损部位及相对强度等，为真机防护及运行提供依据．试验在中国水利水电科学研究院水力机电研究所高精度水力机械通用模型浑水试验台上进行．试验内容包括清浑水能量试验、清浑水临界空化性能与初生空化性能试验、清浑水水压脉动试验和泥沙磨损试验．结果表明，在三峡水电站过机泥沙条件下，水流挟沙对水轮机效率、运行工况及水压脉动的影响很小，而对初生空化影响比较大，即随着含沙量的增大，初生空化系数有增大的趋势．此外，为减轻磨损，汛期浑水工况下水轮机应尽量避免过大开度或超负荷运行，转轮抗磨防护重点部位为叶片出水边和下环内侧面．     

箱涵式泵装置的数值模拟研究

采用基于CFD数值模拟计算研究箱涵式泵装置的水力性能,对泵装置不同流量工况点进行数值计算并分析。结果表明:在设计工况下,泵装置运行效率较高,最高效率可达到70.04%,对应的扬程为1.736m,最高运行扬程与最优运行扬程比值达到2.3,说明了该箱涵式泵装置非常适用于扬程变化较大的泵站,同时进水流道的水力损失随着流量的增加而增大,出水流道的水力损失随着流量的增加先减小再增大,在设计工况附近出水流道水力损失最小。     

土坝漫顶冲蚀溃决过程和峰值流量试验研究

为探索土坝漫顶冲蚀溃决过程与溃坝峰值流量的关系,采用室内系列水槽试验的技术手段,以无黏性宽级配砂砾料土坝为研究对象,研究洪水漫顶条件下坝体（1 m高）冲蚀过程和溃口水力要素变化过程。试验表明,由于漫顶泄流方式、筑坝材料级配和密实度不同,土坝漫顶冲蚀过程可分为逐层均匀冲蚀、全线漫顶冲蚀和陡坎瀑布状水流冲蚀3种;溃坝峰值流量与冲蚀过程密切相关,坝体溃决历时愈短,溃坝洪峰流量愈大;相同条件下,陡坎瀑布状水流冲蚀峰值流量较逐层均匀冲蚀增大约40%。     

细沟侵蚀观测法在水土流失调查中的应用

以钦州至防城港高速铁路项目水土流失调查为例,介绍细沟侵蚀观测法在土壤侵蚀模数确定中的应用,为水土保持方案编制如何获取土壤侵蚀模数提供一种简单有效的方法     

不同措施下土壤侵蚀特征值及其影响因子典型相关分析

根据东北沟小流域观测裸地、等高耕种、水平阶等3种措施径流小区的径流量和泥沙量资料,研究不同措施下径流泥沙与降雨等因素的相互关系,采用典型相关分析法分析不同措施下影响土壤侵蚀的主要因子。结果表明,在裸地和等高耕作措施下,径流深在土壤侵蚀特征因子中起主要作用,而在水平阶措施下,土壤流失模数在土壤侵蚀特征因子中起主要作用。不同措施下土壤侵蚀影响因子不同,在裸地和水平阶措施下,可以通过降雨量、雨强和雨前土壤含水量等土壤侵蚀影响因子来预测径流深和土壤流失模数,而在等高耕作措施下,用降雨量、雨强、降雨侵蚀力等土壤侵蚀影响因子预测土壤侵蚀特征因子更为准确。     

Cavitation erosion in bloods

The cavitation in a mechanical heart valve(MHV) is a serious concern. In most of the investigations of the MHV cavitation in vitro, the tap water, the distilled water, or the glycerin are used as the test liquids, instead of the real blood. Therefore, the effects of the liquid properties on the cavitation can not be well revealed. In this paper, the cavitation erosion in the porcine bloods is experimentally investigated as well as in the tap water and the distilled water by means of a vibratory apparatus. The results show that the blood produces a weaker intensity of the cavitation erosion than the tap water or the distilled water. The cavitation erosion decreases with the decrease of the liquid temperature or with the increase of the concentration of the blood, especially with the increase of the liquid viscosity. It is the viscosity that could be a major dominant factor affecting this erosion. The temperature or the concentration of the blood changes the viscosity, and in turns changes the intensity of the cavitation erosion.     

栖霞复背斜地带的重力侵蚀及其防治

本文论述了地处胶东屋脊的栖霞县复脊斜地带，以浅层滑坡为主要形式的重力侵蚀现象的特征与危害，从地质、地形、气象、植被等方面分析了重力侵蚀的成因与条件，简要阐述了当地预防、治理的措施和经验，虽然这种类型的面积不大，但造成的水土流失，对人民生命财产的潜在威胁却十分严重，因此，对这种典型的水土流失形式进行分析、论述，进一步探讨有效的防治措施，还是很有意义的。     

中国坡面水蚀预报模型研究

基于我国坡面水蚀预报模型研究成果,考虑浅沟侵蚀对坡面侵蚀产沙的重要影响,建立了我国坡面水蚀预报模型,给出了模型参数降雨侵蚀力、坡度与坡长、浅沟侵蚀影响因子的算法和采用数值。指出今后应加强土壤可蚀性因子、覆盖—管理因子和水土保持措施因子的研究与集成。利用自然坡面径流小区实测资料对模型进行验证,表明模型具有较高的预报精度,在有浅沟和无浅沟的坡面上,预报精度达88%以上。