多圆柱绕流旋涡脱落和流场形态概论

当流体绕多个圆柱流动时,圆柱的个数、相对位置和大小都明显影响着绕流流场结构。基于已有研究成果,归纳总结了流场中放置双圆柱、三圆柱、四圆柱和流场中主圆柱附近放置1个或2个附属小圆柱时,随圆柱相对位置变化,流场结构和旋涡脱落状态的演变规律。双圆柱相对位置分串列、并列和错置3种,其绕流流态按间距比和水流攻角对旋涡脱落形态的影响划分,流态在临界间距比上下变化很大;三圆柱呈“品”字布置,当间距比小于临界值时,出现明显的偏流现象,大于临界值后不再出现偏流现象;三圆柱呈倒“品”字布置,在任何间距比下,流动状态相对于来流几乎都是对称分布的;四圆柱绕正方形排列,实验研究发现上游两圆柱后没有旋涡形成和脱落,下游两圆柱旋涡脱落反相同步,而数值模拟得到上下游柱后都有明显的涡脱落;主圆柱尾流中存在附属小圆柱时,调整小圆柱的位置能够有效抑制尾流中的旋涡脱落。     

串列梯形柱绕流水动力特性数值分析

该文采用数值模拟分析了雷诺数为150和间距比为3的串列双梯形柱绕流水动力特性。当梯形柱背流面与迎流面长度比为d/D=0、0.3和0.5时,双柱的上侧旋涡融合,在尾部形成了不对称的P+S泄涡模式,导致下游柱体承受的平均升力偏离零值。d/D=0.7的双梯形柱泄涡转变为2S模式,表现为上游柱体旋涡与下游柱体旋涡融合后交替脱落。双方柱(d/D=1)间隙以及下游方柱尾部均形成了准静态涡,剪切层有小幅摆动,但未卷曲形成旋涡。d/D=0和0.3时,上游柱体后方由于边界层再附着形成了次生涡,增大了局部压力。随着d/D的增大,上游柱体旋涡形成长度增长,双柱间隙流动趋于稳定,下游柱体前缘的横向速度脉动逐渐减弱,其后方的尾迹也趋于对称。上游柱体的遮蔽效应使其平均阻力大于下游柱体,而间隙流的不稳定性与边界层的交替再附着使得下游柱体升力偏大。双方柱绕流场处于拟稳定状态,其水动力系数远小于三棱柱和梯形柱。相较于双圆柱,三棱柱和梯形柱的边界层分离点靠前,增大了绕流的升阻力。     

前柱和后柱对并列双柱脉动压力的干扰

本文研究了在并列双圆柱的正前方或正后加上一个等直径的圆柱，组成等边三角形排列的三圆柱的脉动压力分布，着重研究前柱或后柱对并列双圆柱脉动压力分布的影响，同时还在相同的试验条件下，进行了并列圆柱和三圆柱脉动压的比较。结果表明，并列双圆柱前方或后主库上第三个圆柱形成的等边三角形排列的三圆柱，受影响严重的是后排圆柱，脉动压力分布出现了严重的不对称，内侧的压力脉动极其强烈，外侧的压力脉动很弱，与时均压力分布     

双圆柱绕流的大涡模拟

基于FLUENT软件平台上的三维大涡模拟方法,对定常来流流场中的单圆柱及不同排列形式的双圆柱进行了水动力计算,并对圆柱周围的瞬时流场、时均流场以及圆柱受力进行了分析.分析结果表明,当Re=6×104时,串列双圆柱中上游圆柱受力明显大于下游圆柱,下游圆柱Gd、Cl的变化频率满足fd=2fl,两圆柱的脱涡频率近似相等,涡街的相位相同;并列双圆柱的Cd基本相等,且变化趋势有一定相似性,脱涡频率均接近单个圆柱,涡街的相位相反;交错45.排列的两个圆柱Cd基本相等,脱涡频率接近,下游圆柱的涡街相位明显滞后于上游圆柱.     

并列旋转双圆柱流动特性的数值模拟

该文基于k - ε湍流模型,采用Galerkin有限元法对并列旋转双圆柱的绕流特性进行了数值模拟,计算的雷诺数为 1550.为了考查两圆柱旋转和间距的相互作用,文中采用三种间距比分别是T/D = 1.2,1.6和3.0 (T 为两圆柱中心之间的距离,D为圆柱直径) 和一系列不同的旋转速度比 (|α| ≤ 2).计算显示,当 |α| = 0,即圆柱不转动时,对应三种间距有三种典型的流型,单钝体流型对应小间距、偏流对应中等间距和对称流对应大间距;当 |α| 达到临界值时,涡脱落得到了有效的抑制,流动趋于稳定,升力系数和阻力系数的脉动值趋于零;平均升力系数和阻力系数随着 |α| 的增大分别增大和减小.     

壁面对并列双圆柱尾迹影响的实验研究

用压强传感器和PIV对近壁并列双圆柱尾迹频谱和涡结构进行了测量,来研究壁面对其尾迹特性的影响.实验在循环水槽内进行,雷诺数为1696(基于圆柱直径D),壁面边界层厚度为6.6D.两个重要的特征参数T/D和G/D(T为两圆柱中心间的距离,G为下圆柱与壁面间的距离)分别为:T/D=1.151和1.604;G/D=0～1.811.结果显示,对于T/D=1.151,当G/D为0.302～1.811时,两圆柱尾迹表现为base-bleed流动模式,随着G/D的增加,尾迹强度逐渐增强,尺寸逐渐减小.对于T/D=1.604,当G/D大于临界值时出现biased流动模式,随着G/D的增加,两圆柱的尾迹尺寸以及上圆柱的斯特鲁哈数St变化很小;当G/D小于临界值时,随着G/D的减小,两圆柱的尾迹尺寸都逐渐减小,上圆柱的St逐渐增加.     

串列双圆柱涡激振动响应的数值模拟

该文利用动网格技术对雷诺数Re=100的串列双圆柱的涡激振动响应特性进行了详尽的数值研究。研究了上游圆柱固定,下游圆柱横向振动时,不同间距比(L/D=2-5)和折合流速(Ur=2.4-12)对上、下游圆柱的升阻力特性、涡激振动响应特性和圆柱间干扰效应的影响;以及下游圆柱双自由度(横向和流向振动)涡激振动响应特性。研究发现:随着间距比的增大,下游圆柱开始进入"锁定区间"的Ur减小,且下游圆柱的涡激振动对上游圆柱的影响逐渐减弱,但上游圆柱对下游圆柱的干涉效应一直存在。对于不同间距比,在折合流速Ur=7.2附近,下游圆柱的升阻力系数具有很明显的"跳跃"现象,并出现阻力峰值,且不同间距比的下游圆柱都在Ur=7.2时获得最大振幅且幅值相近,这意味着下游圆柱可能在此折合速度下被完全诱导,当下游圆柱被完全诱导振动后,间距比对圆柱振幅的影响较小。不同的折合流速下,小间距比(L/D=2)和大间距比(L/D=5)的尾流会表现出不同的流动形式和"2P"、"2S"等涡脱形式。下游圆柱双自由度振动时,流向振动相对横向振动振幅较小。     

高雷诺数下并列双圆柱绕流的DES法三维数值模拟

该文采用基于S-A的DES方法对雷诺数为104且不同间距比下并列双圆柱的湍流模型进行了三维数值模拟,取间距比T/D为1.1、1.5、2.0、3.0和4.0(T为两圆柱中心之间的距离,D为圆柱直径)。数值模拟研究了流场形态,升阻力系数及升力频谱,发现了不同间距比下的各种紊流形态及流体动力情况,它们与实验结果一致且显示了明显的三维特性,同时这也验证了DES方法在高雷诺数柱群数值模拟方面的准确性。     

三角形排列圆柱绕流尾流模式及其流体力特性

该文采用基于嵌入式迭代浸入边界法对等边三角形排列的三圆柱绕流进行了数值模拟研究,其中上游为一个圆柱,下游为并列两圆柱,雷诺数为Re?100,间距比为L*?1.0-6.0。依据流体力特性和旋涡排列的不同,将尾流模式分为6种,分别为单体模式(L*?1.0-1.4)、偏斜模式(L*?1.5-1.9)、FF(Flip-Flopping)模式(L*?2.0-2.5)、反相模式(L*?2.6-2.8和3.5-4.1)、同相模式(L*?2.9-3.4和4.2-4.5)和共同脱涡模式(L*?4.6-6.0)。其中,偏斜模式下,下游两圆柱的间隙流会稳定偏向其中一个圆柱,使得两圆柱的尾流宽度不同,对应的阻力均值也不相等。在上游圆柱剪切层的作用下,FF模式中间隙流偏斜方向切换的时间间隔要明显大于相同雷诺数下并列双圆柱绕流时的情况。为深入研究各尾流模式的特性,分析了不同模式下三圆柱流体力系数的变化情况及其原因。当1.9?L??4.6时,上游圆柱的剪切层进入下游两圆柱的间隙,使得下游两圆柱出现相互吸引。当4.8?L??5.5时,下游两圆柱与上游圆柱脱落旋涡的作用不一致,使得下游两圆柱的流体力系数不相等。     

单向流作用下多桩承台式基础局部冲刷数值模拟研究

该文在清水条件下，对海上风电多桩承台式基础的局部冲刷进行了数值研究。结果表明，冲刷过程、深度和流场特征受到桩间距比(G/D=2.0～5.0,G为桩柱中心距，D为桩柱直径)的影响显著。不同G/D下，冲刷坑形态产生较大差异：当G/D=2时，冲刷特性与单桩局部冲刷特性较为相似；当G/D=3时，上游桩后尾涡脱落相互作用，产生顺流向涡结构，显著削弱了下游桩前马蹄涡强度，降低了冲刷速度。；当G/D=4和5时，上游桩后尾涡脱落作用于下游桩，加速下游桩周泥沙起动，在下游产生了更大的冲刷深度。此外，还讨论了不同G/D情况下的尾涡脱落模式及其与泥沙运输的相互作用。     

南水北调西线工程水环境影响分析

南水北调西线工程调水后，引水坝址下游局部河段水量明显减少，但影响范围和程度十分有限。随着两岸环保力度的加大，排污量的减少，径流量减少对局部江段水质的不利影响，可得到控制。预估调水后下游水质不会发生类别变化。     

前置掺气坎坡度对阶梯溢洪道掺气水流影响的数值模拟

为研究复杂边界条件下气液两相界面的流动及混掺现象对工程建设的影响,结合某大型水电站的溢洪道,利用RNG k-ε模型对其进行三维流场模拟,采用有限体积法离散控制方程,并用GMRES算法进行压力求解,对前置掺气坎式阶梯溢洪道和传统阶梯溢洪道泄流壁面上的高速掺气水流进行数值模拟。结果表明:随着掺气坎坡度的增加,其掺气空腔及掺气浓度均有所增大,随着水流下泄掺气浓度沿程降低,达到一定距离后趋于稳定,掺气浓度值达到了减免空蚀破坏的要求;与传统阶梯溢洪道的模拟结果进行对比可知,增设前置掺气坎后,既可以增加前几级阶梯的掺气浓度使水流提前达到水气平衡,也没有降低阶梯式溢洪道的消能率,为解决传统阶梯溢洪道中出现的工程难题提供了一种新思路。     

改性聚丙烯纤维影响混凝土抗压强度的机理初探

本文对田内外某些改性聚丙烯纤维影响混凝土强度的现象进行了分析。认为在改性聚丙烯纤维混凝土中，同时存在增强和损强因素。当增强因素大于损强因素时，混凝土强度增加．     

稳定河床水位流量关系单值化原理

采用数理计算方法建立流量与综合落差、稳定流流量计算公式，从而使受洪水涨落和变动回水影响的非单元值的水位流量关系单值化。为精减测次、简化外业洲验，水文预报、水文及整编工作电算化提供了新的分析手段。     

浅谈急流槽入水簸箕口与路面连接处裂缝的防治

对高等级公路急流槽入水簸箕口与路面连接处的裂缝的防治,是对急流槽病害防治的关键,其原因是随着高等级公路通车运营时间的推移,该处基本上都出现开裂的现象,开裂的裂缝导致急流槽出现病害,是急流槽病害的主要成因之一;而且在处治的过程中可采取新材料和新施工工艺,并且实施治理之后经济和质量的优良效果较传统维修方法更为明显。     

桥梁对水流的影响分析

根据哈尔滨水文水资源勘测总站实测水下地图及水文资料,针对桥梁上、下游浅滩变化,分析桥梁对水流的影响。     

强化监管 优化服务 促进行业良性发展

本文在简述浙江省农村水电"十一五"发展概况和"十二五"发展目标的基础上,深入分析了在市场经济体制改革不断深入的大背景下,加快政府职能转变,通过强化监管和优化服务,推进农村水电行业良性发展的必要性。同时,从行业实际出发,阐述了做好监管和服务工作的主要途径。     

土石坝绕坝渗流分析方法及防渗措施研究

如何科学合理地进行具有强透水层坝肩土石坝的绕坝渗流分析,对于此类土石坝的防渗设计具有十分重要的意义.本文结合一工程实例,进行了水力学法与三维有限元法的比较研究.结果表明:由于有限元法避免了某些人为的假定,且计算模型更为接近实际,因此其计算结果更为合理.同时,关于该工程绕坝渗流防渗措施的研究结果表明,坝肩混凝土防渗墙的延伸长度与绕坝渗流特性的改善呈正相关性,但其长度超过一定值时,改善的效果将趋于明显减小.     

船闸输水廊道门楣研究

门楣通气措施不仅可以消除阀门顶缝空化,而且可以抑制阀门底缘空化。通过对门楣缝隙比和掺气坎长度的研究,得到其临界条件和通气量大小,从而确定较优的缝隙比和掺气坎长度。     

长江中游微弯河段码头对航道的影响分析

微弯河段存在着螺旋流及横比降,水力特性相对复杂,在微弯河段修建码头对航道的影响势必与顺直河段不同。以微弯河段处的左岭卸煤码头为例,通过对数模结果及实测资料的分析,发现该工程的兴建对附近水位、流速影响较小,工程前后流速变化等值线横纵向延展长度相当;工程的建设对附近水域河床演变与船舶航线影响较小,但对附近航标的功能发挥有一定影响并需对航标进行优化配置。