弯曲复式河道水流特性数值模拟研究

为了解二维、三维模型在弯曲复式河道水流数值模拟中的应用情况,利用物理模型试验数据验证二维模型的计算结果,并对断面水面线进行了分析。可以看出,二维数模不适用于弯道水流的局部模拟,而适用于宏观水流流动的模拟。采用三维模型分析了弯曲复式河道中的二次流现象,结果表明,三维数模对于弯道水流的二次流、垂线流速分布模拟效果比较理想,可以得到弯曲河道水流运动的基本规律。     

船闸输水系统鹅颈管段水力特性的研究

本文提出了船闸输水系统鹅颈管段的水流特性及阻力系数的试验结果。用毕托球测定了鹅颈管段的三维流速分布及断面压力分布,并分析了鹅颈管的水流结构。鹅颈管的“组合效应”改变了其几何组成部分的水流特性,而遵循其固有的运动规律。确定了鹅颈管的阻力系数,并导出了它的经验计算式。此外,本文还探讨了门槽对鹅颈管阻力系数的影响。     

三维水流的紊动结构特征

矩形断面中流动的水流，在边壁附近其特征表现为三维性。依据试验资料，论证了笔者提出的水力半径分割原则，在角区附近存在一条雷诺应力为零的曲线，二次流不穿越该线，两个方向相反的二次流分别存在于分割线上、下。在此基础上，从流速分布角度论证了水力半径分割曲线的存在；通过整理试验资料发现，同一根垂线上，当高度越过分割线时，其流速分布曲线偏离对数规律，需用另一区域的对数规律描述。并提出了断面流速的计算方法。     

三维水流的紊动结构特征

矩形断面中流动的水流，在边壁附近其特征表现为三维性。依据试验资料，论证了笔者提出的水力半径分割原则，在角区附近存在一条雷诺应力为零的曲线，二次流不穿越该线，两个方向相反的二次流分别存在于分割线上、下。在此基础上，从流速分布角度论证了水力半径分割曲线的存在；通过整理试验资料发现，同一根垂线上，当高度越过分割线时，其流速分布曲线偏离对数规律，需用另一区域的对数规律描述。并提出了断面流速的计算方法。     

曲线坐标系下考虑植被影响的三维水沙数学模型

建立曲线坐标系下的三维水流泥沙湍流运动模型模拟弯曲渠道内布置水生植被后的水流结构和河床变形分布,计算了试验室60o弯道内流经植被的水流流速平面结构和断面分布以及不同植被布置情况对水流泥沙运动和床面变形的影响。数值结果较好地再现了试验规律。计算结果表明在弯道内布置植被会改变水流流速分布情况:植被覆盖区域的水流流速降低、弯道内二次流减弱和泥沙运动减弱,而非植被覆盖区域的水流流速增大、断面二次流依然存在且泥沙运动加剧。通过比较两种水生植被布置条件下的床面变形情况,发现合理布置植被可以减缓凹岸的泥沙侵蚀,但也会加剧凸岸的泥沙淤积。     

无粘沙质床面上冲积性河湾形成和演变规律自然模型试验研究

基于雷诺方程和有限体积法建立了描述弯道水流运动的三维数学模型，并利用室内物理模型试验进行验证，验证结果表明，数学模型能够较好地模拟弯道内水流的流速分布以及湍流特征。以验证后的模型为工具，对具有不同平面形态和床面形态的弯道中的水流运动进行了模拟，模拟结果表明：弯道中浅滩和深槽相间的地形起伏加剧了断面流速分布的不均匀性，同时使得水流动力轴线更加偏向凹岸，流速的沿程变化也较平整床面更为复杂；另外，与对称型河弯（正弦派生曲线型）相比，非对称河弯（Kinoshita派生曲线型）中在两弯顶中间存在较多的低流速区，有利于泥沙的落淤，而对岸流速一般较大，形成河岸的快速崩退，这能够从一个侧面解释非对称河弯向下游方向整体的快速迁移。     

复式断面河道“Y”型交汇河口水流水力特性

通过制作交汇角为90°的复式断面河道“Y”型交汇河口模型,利用三维声学多普勒流速仪(ADV)和测针获取流速及水位数据,对支流河口处的水流流态包括水面形态、水流流速和水流分区进行分析。结果表明复式断面河道交汇口处流场具有很强的紊动特性,其中分离区问题是航道整治和有关环境部门应重视的部位。     

涡旋流管道排除水库泥沙的机理研究

本文是在实验室和生产现场实践的基础上,用三维流动理论论述了涡旋管道内的水流特性及涡旋流管道的排沙机理。涡管是在外壁沿长度方向开口的管道,和排沙洞的进口连接,并与含沙水流成45°夹角,利用边界条件在管中形成旋流。涡流管铺在河床上,来流时可调整河床断面的流速分布,提高底流速度,排除河床面上一定厚度的泥沙。     

U形弯道水流试验及其数值模拟

弯道水流运动是河流动力学研究的基本问题之一,长期以来,其复杂的三维水流结构一直是研究者关注的重点。弯道水流在重力及离心力的共同作用下,形成弯道螺旋流,与顺直河道相比,具有特有的运动特性,主要表现在产生水面横比降、横向环流、流速重分布等方面。用声速多普勒流速仪（ ADV ）,对室内 U 形弯道水流结构进行了详细的测量,分析表明弯道环流出现了较为明显的双涡二次流变化过程。此外,试验验证结果表明雷诺应力模型（ RSM ）能较好地模拟弯道环流双涡二次变化过程,为深入分析弯道水流特性及其对泥沙运动、河床演变等影响问题提供了科学方法。     

堤防决口水流水力学特性的三维数值模拟

堤防决口水流的水力学特性对于制定决口封堵方案至关重要。基于FLOW 3D建立了模拟堤防决口水流的三维数值模型,首先对局部瞬间溃决水流水位场分布进行了三维数值模拟,模拟计算结果与C. Biscarini等代表性文献介绍的研究结果吻合较好,印证了数值模型的可靠性和准确性。以某流域河流堤防为例,建立了不同决口口门形状（U形、V形、T1形和T2形）的决口水流三维数值模型,计算分析了4种口门形状下决口附近的水位场及流速场分布规律。结果表明:进入决口后水流发生急速的侧向收缩和纵向跌落,决口处水深和流速在垂直水流方向断面上呈两侧小中间大的近似拱形分布,决口进口附近水流最大流速出现在决口左侧堤脚。数值模型和模拟方法可为制定堤防决口的最佳堵口方案提供技术参考。     

NUMERICAL SIMULATION OF LAMINAR SQUARE IMPINGING JET FLOWS

A theoretical study has been undertaken to determine the flow characteristics associated with a three-dimensional laminar impinging jet issuing from a square pipe nozzle. Interesting flow structures around the jet are detected. The numerical result reveals the existence of four streamwise velocity off-center peaks near the impingement plate, which is different from the rectangular jet impingement. The mechanism of the formation of the off-center velocity peaks and the parameters affecting the flow-field characteristics are discussed by comparison of the computed results with different nozzle-to-plate spacings and Reynolds numbers.     

LAMINAR FLUID FLOW IN HELICAL ELLIPTICAL PIPE

1.　INTRODUCTIONHelicalductsappearinvariousindustrialapplictionsandadetailedknowledgeofthefluidflowbehaviorisimportantforpredictingthepressuredropandheatandmasstransfercharacteristics.Experimentalandtheoreticalanalysishaveattestedthatthesecondaryflowappearsthenormalcross-sectionbecauseofthecurvature.Thissecondaryflowisveryfaintcomparedwiththeaxialflow,butitcausestheincreaseofheattransfer.Thestudyonthisflowbeganin1927withthepaperofDean[1],inwhichtheflowintoroidalsystemwasstudied.Sincethen…     

TRANSPORT EFFICIENCY OF THE SPIRAL FLOW IN CIRCULAR PIPE

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＧｒａｉｎｍａｔｅｒｉａｌｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｐｉｐｅｆｌｏｗｈａｓａｈｉｓｔｏｒｙｏｆｍｏｒｅｔｈａｎｏｎｅｈｕｎｄｒｅｄｙｅａｒｓ .Ｉｎｒｅｃｅｎｔｓｅｖｅｒａｌｄｅｃａｄｅｓｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｖｅｒｙｒａｐｉｄ ｌｙ .Ｔｈｅｒｅａｒｅｍｏｒｅｔｈａｎ 2 6ｓｏｒｔｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｓｕｃｈａｓｃｏａｌ,ｓａｎｄ ,ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ,ｔａｉｌｉｎｇｓａｎｄｏｔｈｅｒｇｒａｉｎｍａｔｅ ｒｉａｌｓａｒｅｔｒａｎｓｐｏ…     

筒装料管道车在不同流量下运动时水力特性研究

为探寻筒装料管道车水力输送的较优输送流量,采用模型试验与理论分析相结合的方法,分析了管道车在不同流量条件下运动时的水力特性。试验结果表明:同一型号的管道车在运动过程中,对某一特定的管道断面而言,流量越大,管道断面中的测压管水头越高;对于同一断面,流量越大,管道车车速也就越大,越早通过这个断面,断面测压管水头也就越早发生变化;流量大小变化不影响管路沿程测压管水头的下降趋势,无论管道车运动到哪个断面,这种整体下降趋势都不会改变,只是下降的幅度不同;而输送效率随流量的增加表现出先增大后减小的趋势。研究成果可为寻求较优的输送流量提供参考。     

圆管壁粗糙度对圆管内流态影响研究

基于尼古拉兹圆管实验思想,利用颗粒流程序中的流体计算模块,实现了对圆管壁粗糙度的模拟,进而分析了不同粗糙度对圆管断面流态分布的影响以及在不同压力差作用下平均流速与圆管壁粗糙度之间的关系。研究结果表明:圆管内流体流速受管壁的扰动影响,在横截面上呈U型分布,而非抛物线型分布;圆管壁对管内流体流态的影响范围随管壁粗糙度变化而变化,圆管管壁相对粗糙度越大,管内受扰动流体范围越大,即管内层流范围越小;在管壁粗糙度一定的情况下,圆管断面流量随上下端面压力差的增大而增大;在相同压力差作用下,圆管断面流量随管壁相对粗糙度增大而逐渐减小,颗粒的阻流作用明显;随着管壁粗糙度的增大,圆管上下端面受压力差作用的影响范围也随之增大,使管内流体流态变得更加复杂。     

供水管道渗漏状态下流量变化规律研究

通过管段渗漏模拟试验,分析了渗漏状态下供水管道流量变化规律。首先着重考察了压力和渗漏面积比对上游管段的转输流量的影响,试验数据表明上游管段的转输流量随着渗漏面积比的增大而增大,其增长趋势明显呈现S型曲线特征;不同压力作用下,转输流量的增幅存在显著差异。其次建立了渗漏量和转输流量之间的关系,渗漏量与转输流量的比值即渗漏强度呈线性关系增长,且随着压力增大而增大。最后分析了不同压力下渗漏强度与渗漏面积比的关系,结果表明渗漏强度随着渗漏面积比的增大而增大,且呈线性关系,实现了由渗漏面积比向渗漏强度的转化,以及用渗漏强度从流量的角度对供水管道渗漏程度进行描述。     

油-水两相流流型转换研究

本文根据钢管内油—水两相流流型特征，建立了新的油—水两相管流流型的转换准则。它包括：分层流型的稳定性准则、分散流型和混合流型的转换边界及反相界线。流型转换准则得到了白油—水和柴油—水两相流的流型实验验证，而与有机玻璃管里的油—水两相流型的分布有一定的差异，这种差异与P．Angli的不同管材时的流型对比实验结论一致。这些都表明本文的流型转换准则能很好的预测钢管内的油—水两相流流型，这对于油田混钻管路的设计和运行具有十分重要的经济价值。     

南水北调东线穿黄河工程滩地埋管三维有限元计算分析

滩地埋管是南水北调穿黄河工程主要建筑物,位于黄河南岸子路堤至解山之间的黄河滩地下,全长3 943 m,该埋管为有压埋管,水文地质条件复杂,采用内圆外城门洞型,结构尺寸较大,直径达到7.5 m,结构安全要求高,设计采用三维有限元计算方法完成大型复杂埋管的结构分析。     

A MODEL FOR PREDICTING PHASE INVERSION IN OIL-WATER TWO-PHASE PIPE FLOW

1. INTRODUCTION Flows consisting of mixtures of two immisciblefluids such as oil and water are encountered frequentlyin many areas of the process industry and in thepetrochemical industry. The phase inversion refers toa phenomenon where, with a small chan…     

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。