断面形状对虹吸式出水流道水力特性的影响

应用考虑气体可压缩性VOF模型对3种不同断面形状的出水流道虹吸形成过程进行了数值模拟,并搭建了试验平台加以验证,从流速分布、水力损失、虹吸形成时间三方面分析了断面形状对虹吸式出水流道水力特性的影响.结果表明:模拟结果与试验结果有很好的一致性;虹吸式出水流道的沿程截面形状对其水力特性影响很大,合理设计的渐变断面能使流道典型断面流速、压力分布均匀,有额外的局部水头损失;方管的排气能力较圆管更佳,圆管具有更小的水力损失.     

配水井单侧过流下连续侧堰的过流特性

采用基于VOF方法捕捉自由面的三维紊流数值模拟方法,研究不同来流流量下配水井单侧连续侧堰的过流特性。结果表明:设置连续侧堰的配水井在单侧过流时,分流特性在小流量和大流量条件下存在明显差异;小流量下,相邻侧堰的相互影响较大,配水井主渠中心线的水位沿程变化较小,各侧堰单宽流量的分布相对无序;大流量下,相邻侧堰的相互影响较小,配水井中心线的水位沿程为壅水曲线。根据流量系数特征将侧堰分为两类,分别建立了对应的流量系数与相对水头的关系式,可用于预测各堰的流量和整体的分流效果,为设计院对于污水处理厂配水井的工程设计和安全高效运行提供依据。     

泵闸工程闸下双底坎整流的水力特性

针对泵闸工程中出闸水流出现的不良流态,提出在其下游河道设置双底坎的整流措施,利用VOF法的RNG k-ε湍流模型,探索其整流效果和水力特性,并对计算结果进行了物理模型验证。结果表明:底坎通过迫使出闸水流沿坎横向运动和形成漩涡,对偏流、回流和斜向水跃具有显著改善作用;双底坎的设置能有效减小坎后水面波动,进一步降低回流区范围,提高流速均匀程度;流速不均匀系数随下游出口Fr增大而减小,随二坎的相对坎高h_2/b、相对间距d_2/b的增大先减小后增大;数学和物理模拟的水面线和流速分布吻合度较高,湍流模型计算结果可靠。     

分侧式闸站枢纽下游底坎整流特性

采用Flow-3D数值模拟结合物理模型试验的方法,探索底坎对分侧式闸站枢纽下游回流和偏流问题的改善效果,建立了漩长、漩宽、流速不均匀系数等水力特性与底坎尺寸、位置的相关关系,为底坎的优化设计提供依据。结果表明,底坎能有效改善回流和偏流问题,使单侧水流能够更快扩散到整个河宽断面;随着坎高和坎墩间距增大,漩长、漩宽和流速不均匀系数均明显降低,整流效果提高;随着坎宽增大,上述水力特性参数均先降低后升高,整流效果先提高而后出现减弱现象;流速不均匀系数沿水流方向变化趋势相同,均是先增大后减小。     

虹吸式出水管虹吸形成过程的壁面压力及脉动特性

通过物理模型试验测量虹吸式出水管在虹吸形成过程中典型断面的压力过程线，采用邻域平均法提取脉动压力数据，采用统计特征和短时傅里叶变换信号处理方法分析时均和脉动压力特征。结果表明：管壁时均压力沿水流方向先减小后增大，驼峰段的上壁面时均压力随着流量增大逐渐大于下壁面；虹吸形成过程中，压力脉动呈正偏态分布，均方差沿水流方向不断降低；压力脉动主要由水泵旋转和水气运动引起，频率在0～30 Hz之间，主频与水泵转频相近；相比虹吸稳定流阶段，水力驱气阶段存在的气囊压缩和释放过程使得压力脉动频率及幅值上升，接近泵站系统自振频率，容易产生结构振动，需要通过设计和运行的优化减少该阶段的持续时间。