CFD在金属蜗壳水力学研究中的应用

水电站设计过程中蜗壳属于进水部分,直接影响水轮机发电时的输出功率,其中,金属蜗壳在不同水头下均有应用.通过计算水头参数,运用流体力学技术,对蜗壳进行网格划分和确定流动模型.将某特定水头下蜗壳内的水力学特性用计算机展现出来,在确定水轮机尺寸和进水控制问题上进行水力学行为预测.     

地下水流动的条件模拟

为分析参数的观测值对地下水流动不确定性的影响,建立了基于Karhunen-Loeve(KL)展开和扰动展开的地下水流动条件模拟模型,模型中联合考虑了渗透系数、补给和边界条件的空间变异性,推导了多条件作用下的地下水运动数值模型.数值试验的结果表明:在特定协方差函数或低阶KL展开时,所提出的数值模型具有良好的计算效率和计算精度;条件模拟可减小总体水头方差;相关长度越大,条件点越多,方差减少越明显;条件点的影响范围与条件点所处位置相关,应该在条件点影响范围大的区域布置观测点以最大程度的减小预测结果的不确定性.在实际的地下水问题中,应根据水流运动特性来确定不同参数的观测方案,以保证预测到的水流具有较小的不确定性和较高的可靠度.     

稻田土层结构水力特征及人渗强度简化计算

分析了在水力颗粒分异和垂直入渗两个过程用下形成的稻田土层剖面层次结构。论证了稻田土层剖面上出现非饱和流动区域的三个主要水力特征,并证明了在负压水头逐渐坛大区(A区)与负压水头逐渐减小区(B区)间存在一个压力水头梯度为零、下渗水流仅在重力作用下的层面,并以此为条件推导出下渗强度q的简化计算式。     

松花江佳木斯江段江水与地下水补排关系分析

根据地表水与地下水观测资料，针对畅流期和封冻期的水文特点，采用非稳定流和稳定流方法进行计算，分析松花江佳木斯江段江水与地下水补排关系。     

潮汐电站贯流式水轮机尾水管流动特性研究

基于潮汐电站真实的水头变化,在机组同一导叶开度和桨叶开度下加入不同的进出口压力,以此探究潮波条件下水轮机内部流动特性.数值模拟结果显示:在不同的压力进口条件下,流态显示出了截然不同的变化,从内部流动到外特性都有所不同.同时通过非定常计算的频谱及尾水管进口处轴向速度和圆周速度之比的分析,确定了低压工况下尾水管内旋转水流并不是涡带,而是由转轮出口的气团和水力不平衡共同造成的.     

挑流消能雾化范围的预估

根据所搜集到的泄洪雾化原型观测资料以及部分模型试验资料,在综合分析了影响雾化范围的各种因素的基础上,探讨了挑流消能雾化降雨区范围的粗估方法。分析结果表明：１）鼻坎水头与雾流降雨区范围之间存在一定的关系,在现有资料范围内,二者之间呈近似线性关系;２）空中碰撞消能导致雾化范围增加,在现有资料范围内,空中碰撞与不碰撞的挑流消能的鼻坎水头～雾化范围关系基本呈两条不同的线性分布;３）雾流降雨区宽度与长度之间存在近似正比关系。据此．文中给出了雾流降雨区长度与宽度的粗估公式。     

济南承压含水层场地单井常压回灌试验研究

单井常压回灌特性作为地下水回灌的一项基础研究内容,对其研究的成果将为基坑降水回灌及地下水资源保护提供有力的技术支持。文章针对济南典型多层承压含水层的非均质场地,通过不同的回灌布置方式,进行单井回灌的常规和精细试验,获取真实场地条件下回灌井内动水位水头差、日回灌量、观测井水位变化等试验数据,并分析单井常压回灌能力和影响范围的理论与试验结果。结果表明:承压含水层单井回灌量与井内稳定水头差呈线性上升趋势,同时当回灌量增大到一定程度,井内稳定水头差增长趋缓,实际与理论计算的水头差差距增大;同场地条件下单井常压回灌量约为抽水量的30%～50%,常压回灌效率较低;实际回灌影响半径远小于理论计算值。     

渗流井合理竖井降深确定

通过采用单位面积河流在单位水头差作用下的渗漏量来表征河流渗漏能力,建立渗流井取水理想模型,分别计算了在不同河流渗漏能力和含水层渗透性能条件下,竖井降深对渗流井出水量的影响。建立渗流井取水非稳定流模型,计算了在前期稳定竖井降深不同条件下,河流断流后渗流井出水量衰减过程及竖井降深发展过程。提出渗流井合理竖井降深应根据河流与地下水是否脱节以及含水层渗透性能,在岸边渗流井中部及一侧各布设一个观测孔,根据观测孔水位进行确定。对于含水层渗透性能较强地区,渗流井竖井降深应使得渗流井范围内地下水位与河流脱节,但高于辐射孔顶面;对于含水层渗透性能较差地区,渗流井竖井降深应使得侧部观测孔水位接近河床底面或刚出现脱节。     

非定常不稳定气固两相流动的离散涡数值仿真—Ⅱ．具有剧烈分离的不稳定气流场的数值模拟

应用离散涡方法数值模拟了高雷诺数下的钝体（圆柱、方柱等）绕流,得到了流谱、涡谱等流动信息。从流谱和涡谱中可以明显看到流动分离、旋涡以及旋涡时间的发展演化,即成功模拟出流动所具有的非定常、不稳定等非线性特征。     

超低水头轴流式水轮机反问题设计及水力特性研究

基于准三维的反问题设计方法,设计了可用于低水头可再生能源开发的超低水头轴流式水轮机的导叶和转轮叶片.导叶为等厚叶片,转轮叶片采用空化性能良好的NACA 66(MOD)翼型.设计中根据给定的进出口边环量分布及叶片表面载荷分布,在满足无撞击进口水流条件下,计算、调整叶片剖面翼型的拱度和安放角.为了验证设计方法的有效性,还对该轴流式水轮机进行了全流道的三维定常湍流计算.计算结果表明:流道内水流流动平顺,水力损失小,最高效率可以达到92.16%,且在较宽的水头变幅内,水轮机均具有良好的水力性能.     

达开水库马蹄形压力隧洞的原型试验研究

本文介绍了达开水库马蹄型隧洞,在压力水头21m情况下的设计、试验和运行情况。并根据原型试验观测和设计分析,作了理论上的探讨。     

窄隙流道自然对流沸腾流动不稳定性实验研究

以水为工质，分别在过冷和饱和条件下对竖直窄环隙流道进行了自然对流沸腾流动不稳定性实验，观测到了窄隙流道饱和沸腾时所特有的蒸干型流动不稳定性．分析了流道进出口过冷度、加热负荷、温度分布、汽化核心、几何尺寸等因素对低干度流动不稳定性的影响，划分了饱和沸腾时各类流动不稳定性的发生区域，并给出了用于预计不稳定性界限值的经验公式．     

管道系统水力瞬变流串联节点边界条件分析

在管道系统水力瞬变流分析计算中,针对常见的异径管串联情况,分析了在不能忽略管道联结处的局部水头损失、流动方向影响及阻力系数变化情况下的边界条件,并建立了相应的数学模型。通过实际应用表明,该数学模型能更真实地反映实际情况,且计算方法较传统算法稳定。     

多孔非均匀出流问题数学模型研究

根据广东省台山市都斛镇水稻田控制排灌田间工程试验区的实测资料 ,探讨了在已定工作水头和输水管管径的条件下 ,不同出水口开启状况下各给水栓出流量的数学计算模型 ,用最速下降法计算非线性方程组的方法对这一数学模型进行了求解 ,并与实际观测情况进行了比较和分析 ,通过这些计算探索自动给水栓灌溉系统的设计方法 ,为这套灌溉系统在将来生产实践中的优化设计及应用打下理论基础     

流动演示仪在分析局部损失机理中的应用

运用流动演示仪的水力现象分析局部损失机理,详细阐述了各种边界流场局部水头损失产生的根本原因。     

高功率光纤激光深熔焊接小孔特征直接观测

为了解决深熔焊接小孔难以直观观测的难题,提出改进的"三明治"方法,并对10 kW光纤激光深熔焊接小孔进行了直观观测,观测到激光深熔焊接清晰的小孔内壁及沿着孔壁的液体流动.对小孔前沿壁上流动的液体"台阶"及其伴随的流体动力学和蒸汽现象进行了同步观测.观测了金属微滴脱离小孔壁过程及所导致的蒸汽爆发现象.采用光谱仪对小孔内部光谱信号进行了精确探测并计算了孔内光致等离子体特征参数.试验结果表明:小孔壁的流体动力学行为对焊接缺陷的产生具有决定性影响.     

西安地铁穿越地裂缝的抽水试验研究

查清地裂缝水文地质情况可以为西安地铁设计和施工提供科学依据。根据西安地铁勘察工作需要,2008年7月～9月选择地裂缝穿过的西安市劳动路小学院内场地首次尝试进行跨地裂缝水文地质专项现场试验。试验内容包括试坑渗水试验、钻孔注水和抽水试验,并以1号抽水井的稳定流抽水试验为典型,研究地裂缝对地下水渗流的影响。采用带1个观测孔的稳定流潜水完整井公式、带2个观测孔的稳定流潜水完整井公式以及潜水完整井水位恢复速度计算公式等3个渗透系数计算方法,得到了地表浅层土体沿地裂缝走向和垂直于地裂缝走向的渗透系数,分析了渗透系数的差异性;最后利用MADIS有限元软件模拟场地内建筑物对地基土施加应力,探讨了建筑物对场地土体的影响。结果表明:利用上述3个公式计算,都得到沿地裂缝方向土体的渗透系数比垂直地裂缝方向的土体稍大;在同一落程中,利用潜水完整井水位恢复速度公式计算得到的渗透系数最大,利用带2个观测孔的稳定流潜水完整井公式计算得到的渗透系数次之,利用带1个观测孔的稳定流潜水完整井公式计算得到的渗透系数最小,这主要是由井损造成的;建筑物对场地土体的影响主要集中在素填土层、黄土层和古土壤层,粉质黏土层以下影响则逐渐减弱,影响深度在18m左右;由于建筑物长期对地裂缝上盘土体施加荷载,附加应力作用使地基土固结压密,导致地裂缝上盘土体的渗透系数较下盘小。     

富水区隧道渗流场解析解及合理支护参数

以复势函数和地下水力学理论为基础,引入双极坐标描述等势线,推导由围岩、注浆圈和初期支护组成的富水地区隧道渗流场解析解,获得隧道注浆前后初期支护外水头的水头差公式. 通过与保角变换法、镜像法和数值模拟计算结果对比,验证所提解析方法的合理性. 通过研究隧道注浆圈、初期支护的渗流参数与初期支护外水头、渗水量及水头差的关系,提出隧道结构合理渗流参数的确定方法. 结果表明：减小初期支护渗透系数或增大初期支护厚度都可致渗水量减小且水头增大;水头差随初期支护渗透系数或厚度增大先增大后减小,当水头差处于峰值时,注浆圈能发挥较大的作用,初期支护外水头可以降至全水头的30%±6%.     

HL240-LJ-140 水轮发电机组超低水头下的运行特性

通过现场试验获得了ＨＬ２４０－ＬＪ－１４０水轮机在超低水头下运行的动力特性以及机组的振动与摆度等数据,对机组在超低水头下运行的稳定性与可行性进行了分析,提出了ＨＬ２４０－ＬＪ－１４０水轮发电机组在特殊情况下的运行可行性及存在问题,这是对该水轮机在超低水头下运行特性的一个补充。     

砂粒含水层基坑水平井降水模型试验及其数值分析

水平井降水是在原降水竖井中打入水平井,使地下水流通过水平井汇聚到竖井中,快速高效降低地下水位的一种方法.采用自行设计加工的试验模型对砂粒含水层地下水向水平井流动进行模拟,在变水头条件下对不同规格水平井的降水规律进行分析,得出水平单井降水效果的基本规律以及管径、管长等对降水效果的影响.试验结果表明,增大管径的降水效果远大于增加管长的降水效果;水平井降水具有和传统的竖井降水完全不同的降水规律和特征;采用水平井可以极大提高降水效率,且采用管径大,长度长的水平井降水效果明显.