泄洪洞模型进口立轴漩涡试验研究

泄洪洞的泄洪安全一直是水利工作者的重要研究课题,其中关于立轴漩涡的研究也是一个重点.本文在大型水电站整体模型上,对泄洪洞进口立轴漩涡的进行了试验观测.本文试验中,在不同的泄洪洞进口淹没水深的情况下,对立轴漩涡的产生发展过程进行了细致观测,研究了立轴漩涡形态在不同阶段的变化过程.同时,为了研究立轴漩涡强度的变化,本文利用PTV流场实时测最系统对泄洪洞进口处的漩涡表面流场进行了试验观测,对漩涡的大小及强度变化进行了深入研究.试验结果显示,淹没水深超过临界值以后,立轴漩涡的强度随淹没水深表现出逐渐增大的规律.     

突扩跌坎型底流消能工突扩后立轴漩涡水力特性研究

通过水力学试验方法,对突扩跌坎型底流消能工突扩后立轴漩涡的水力特性进行了初步研究.详细分析了立轴漩涡的形式以及其运动区域的变化,并对漩涡区邻边墙和底板处的流速特性和压力特性进行了初步分析.     

变水头流量标准装置水柜产生漩涡的数值模拟与分析

目前一般使用静态容积检定流量仪表,但这种方法建立在定常流动的基础上而且存在测量结果不确定等局限。为研究自由表面漩涡生成与演化过程对变水头标准装置的不确定度影响情况,采用流体体积法结合大涡模拟法,在Ansys+Workbench+FLUENT数值仿真软件平台环境下再现了自由表面漩涡发展过程的典型流态,并根据其特点选取4个典型阶段,并对其中B型和D型的径向速度、切向速度及轴向速度沿水柜半径方向的变化情况进行重点分析。最终得出涡量向涡核中心集聚导致水柜产生漩涡现象以及当水位下降到水柜高度的21.4%左右时自由液面开始出现下凹现象。     

切向燃烧炉内空气动力场的两个新特性参数

提出采用二次曲线拟合方法得出炉膛横截面上的切向速度分布曲线,利用加权平均的方法得到炉内旋转气流的旋转直径Φｏ提出另一个新的特性参数ＶＷ／Ｖｍ无因次壁面速度;并结合最大切向速度Ｖｍ和炉内气流旋转动量Ｍ来整理试验数据和数值模拟计算结果,较准确地反映切向燃烧炉内空气动力场的情况。     

复杂边界下三维水流数学模型的建立和验证

本文从底层开发了三维水流数学模型。模型使用平面正交坐标和立面为a坐标来拟合河道平面形态、地形和自由水面的不规则分布。计算中采用同位网格布设方式和动量插值方法来避免棋盘压力分布。采用有限体积法（FVM）离散紊流方程,方程的对流项采用修正QUICK格式离散。采用SIMPLEC算法求解流速场和动水压力场。通过对弯道和深槽水流输运的验证表明计算结果和实测值吻合良好,模型能够用于复杂边界条件下水流输运数值计算。     

Fluent软件在溢洪道泄流中的应用

运用Fluent软件采用标准k-ε紊流模型和VOF法追踪自由表面,模型进流边界按压力进口边界条件,采用UDF函数定义水流进口断面压强分布,对某水库溢洪道泄洪进行了三维数值模拟,得到了溢洪道泄流量、沿程水面线、底板压强及流速分布,计算值与试验值吻合较好。表明采用压力进口边界条件和UDF函数定义水流进口断面压强分布研究溢洪道泄流是可行的,可在泄水建筑物体形优化设计中广泛应用。     

低热值煤层气旋流燃烧器低负荷运行试验研究

通过对旋流燃烧器在低负荷工作状态下的冷态试验,利用热线风速仪对其出口流场进行了测量,得到了燃烧器流场的分布状况。在试验前对热线风速仪进行了标定,研究了喷口角度变化对燃烧器出口速度场的影响。分析了各种工况下的轴向、切向速度的变化状况并且通过烟气示踪定性地了解了喷口内中心回流区的形成以及喷口外射流扩展角的差异。通过分析得到,该燃烧器在不同负荷状态下均搭配各种角度喷口时能较好地组织合理的空气动力场。通过冷态试验研究,为下一步热态试验奠定了一定的理论基础。     

基于三维分形接触电阻模型的粗糙表面多物理场耦合分析

基于分形理论,采用Weierstrass-Mandelbrot分形函数建立了三维粗糙表面的接触电阻模型。该模型充分考虑了接触斑点的随机分布特性以及斑点之间的相互作用关系。通过仿真结果与试验数据的对比,验证了模型的有效性。利用该模型分析了电气设备粗糙表面接触区域复杂的多物理场耦合问题,以及分形特征参数对粗糙表面形貌、接触荷载以及接触面积的影响。研究表明,该模型能够全面反映粗糙表面的三维形貌特征。在该模型的基础上,更直观的分析了粗糙表面接触区域的热、电以及力学特性,为电气设备电接触状态的科学评估提供了理论基础。     

多场作用下电除尘器内电动流体运动特性分析

为了描述不同阳极板结构的电除尘器内发生电晕时带电颗粒的运动过程,建立了电晕放电条件下的荷电颗粒多物理场作用的数学模型,通过针板放电形成电晕风的实验结果验证了数学模型的合理性,讨论了多场耦合作用下阳极板结构对烟气流动特性和粉尘颗粒的运动行为的影响,分析结果表明:线板式电除尘内电晕放电时,电晕极附近会形成气流漩涡,当主流烟气存在一定速度后,气流漩涡现象消失,出口横截面的速度分布存在明显差异,其中c型极板对应的出口横截面速度分布差异最为明显;c型阳极板附近容易集聚大量低速荷电颗粒,相对其他两种板的粉尘脱除效率更高。     

矩形渠道薄壁侧堰水力特性试验及数值模拟北大核心CSCD

薄壁堰是一种体型简单、经济实用、精度较高的量水设施,薄壁侧堰经常与小型渠道连接使用。目前对薄壁侧堰水力特性影响因素的研究还不深入,本文作者在矩形渠道薄壁侧堰试验研究的基础上,利用FLOW-3D软件对渠道侧堰进行了数值模拟计算,获得了不同堰高、不同流量条件下矩形渠道侧堰上、下游水面线、水深及流速分布,通过对渠道水面线实测值和模拟值的对比分析发现模拟值与实测值吻合较好,并对模拟结果进行了分析;根据试验数据拟合了流量公式。结果表明:模拟值与实测值的相对误差<10%,两者具有较好的一致性,说明数值模拟具有一定的可靠性,可以为量水设施的工程设计提供参考和依据;拟合出的流量公式,最大相对误差为5.91%,最小相对误差为1.07%,满足精度要求。     

大型电站锅炉多组小屏绕流的数学模型

引入“旋涡层”概念，炉深方向沿前屏分布着旋涡层，薄板翼导流，炉内右半部分的旋涡层削弱网格涡的速度环量。旋转上升气流绕流前屏，在其表面和尾部分别形成附着涡和分离涡；采用镜像法处理炉膛固壁对涡运动的影响。考虑炉内大残旋网格涡的切向速度；附着涡、分离涡及镜像涡的诱导速度，首次建立了多组小屏绕流的数学模型，并对HG-2008/18．2-YM2型锅炉等温模型进行理论计算。计算表明：后屏入口的速度右侧高左侧低，右侧镜像附着涡和分离涡诱导的速度，使后屏入口右侧速度升高。六线涡量探针所测涡量场表明：炉内螺旋上升气流绕流薄板翼，在前屏尾部，确实产生了分离涡；且后屏入口速度场，也表现为右侧高左侧低，试验结果和理论计算定性吻合，验证了所建数学模型的合理性，为分析小屏尾部分离涡对水平烟道左右侧速度偏差的影响，提供了理论依据。     

超高水头大泄量竖井旋流泄洪洞的数值模拟研究

为了克服传统模型试验对竖井旋流泄洪洞复杂水力特性测试的局限性,本文基于VOF法采用Realizable k-ε双方程紊流模型,对某一超高水头、大泄量竖井旋流泄洪洞进行数值模拟,得到了水流流态、空腔直径、压强及旋流角等水力要素的分布规律,由模拟结果分析得出:竖井内旋转水流的水层厚度分布不均,主流水体,水层较厚,非主流水体,水层相对较薄。旋转水流切向流速的衰减梯度从上到下逐渐降低;在竖井前半段,轴向流速随竖井高度的降低增加较快,竖井中下段,主流水体的轴向流速增加明显,而非主流水体增加缓慢。利用试验测试数据对计算结果进行对比验证,结果表明计算值与实测值吻合良好,说明数值模拟方法可行。     

圆中环沉沙排沙池流场三维数值模拟研究

针对新型二级泥沙处理设施—圆中环沉沙排沙池,采用RNG k-ε湍流模型结合自由水面追踪的VOF方法对其流场进行水气二相流三维数值模拟。计算得出流速分布特性,在数值模拟结果与模型试验结果吻合良好的基础上,揭示流场分布规律。研究结果表明:数值模拟可弥补物理模型试验不足,对类似工程基本可以代替模型试验,提高研究效率;计算显示"圆中环"径向速度在数值上大于轴向及切向速度,表层水体径向流速大小沿径向及垂向锐减,水体沿径向存在回流区。     

超早期混凝土与结构物之间的切向作用机制

超早期混凝土与结构物之间的相互作用受混凝土组分、结构物表面性态、水化时间、相对运动速度、润滑条件等诸多方面影响,其作用机制非常复杂。在理论分析的基础上,设计了一个可以测量不同条件下模板起拔力的模型试验,并对试验结果进行了分析,结果表明:早期混凝土与模板之间的切向作用主要由粘结力和摩擦力组成,初始切向力主要来源于水泥砂浆的粘结作用;随水灰比减小,切向力与时间相关性增加;随混凝土水化进程,初始切向力增加明显,且切向力变化与时间相关性亦有所增加;拔板速度变化对切向力影响较小;润滑剂的使用可明显减小初始切向力,并可使中后期切向力随时间基本保持不变。建立了一个混凝土与模板相互作用的细观模型,从细观角度对试验结果进行了解释。     

A mathematical model for the fluidelastic mechanism exciting vibrations in a system of blunt bodies placed in cross flow of liquid

A model of numerical experiment involving the use of the modernized method of discrete vortices is proposed for fully simulating the main mechanisms through which vibrations of tube bundles are excited: periodic vortex separation and fluidelastic excitation. A mathematical model simulating fluidelastic excitation of tube bundle vibrations by an external cross flow and intended for calculating the stability curve for a concrete row of tubes is developed on the basis of available experimental data.     

泄洪洞下游低频噪声数值模拟预测研究北大核心CSCD

针对泄洪洞泄洪时下游环境中的低频气压脉动强度预测问题,通过紊流数值模拟,分析了泄流流速分布特征,开展了涡结构识别,研究了涡量脉动特性,并结合涡声理论对如美水电站多洞联合泄洪工况进行了泄洪诱发低频气压脉动预测。结果表明:涡结构主要分布在泄流水舌入水点及其下游,即水流剪切作用剧烈的部位,水垫塘存在大量的发卡涡和马蹄形涡等大尺度涡结构;涡量脉动在0~2 Hz范围内存在多个优势频率,泄洪涡量脉动可能诱发相应频率的低频气压脉动;各工况下预测声压级最高可达140 dB以上,但声波在水-气界面及雾化液滴耗散作用下,水垫塘周边1 km范围内,衰减后的低频声压级最大约122 dB。     

气膜冷却流场的大涡模拟

采用LES(大涡模拟)对单个圆形喷孔横向紊动射流流动进行了数值研究，模拟了吹风比M=2.0工况下的不同截面上的涡量随时间发展变化的过程,并对各种涡的流动机理进行了分析。结果表明：对称面的正反涡和垂直截面的马蹄形涡的两翼交替周期性地脱落成新的涡；由于尾迹涡的进入，在近下游X/D<4.0区域内，反向涡旋对的旋涡强度沿流向没有明显衰减，而在 X/D>4.0的区域，其旋涡强度沿流向单调衰减；反向涡旋对的正反向涡旋形状不对称，且正向涡旋里夹有反向旋转的涡，反向涡旋里夹有正向旋转的涡。     

Analyzing the aerodynamic structure of swirl flow in vortex burner models

The article presents the results from experimental and numerical investigations of the parameters characterizing large-scale vortex structures formed in the models of various burners with flow swirling. The experiments included flow visualization and velocity field measurements carried out using a modern contact-less diagnostic system constructed on the basis of a laser Doppler anemometer. In addition, the frequency responses of unsteady vortex flow modes were investigated using dedicated acoustic sensors. The distribution of static pressure induced by an unsteady vortex was obtained using the phase averaging method. Along with experiments, the swirl flow parameters were calculated using an analytic theory and the Star CCM+ commercial software package. The adequacy of the mathematical modeling results was checked by comparing them with the physical experiment data.     

Investigation of Hydrodynamics and Heat Transfer of an Upward Liquid Metal Flow in a Rectangular Channel under a Coplanar Magnetic Field

Hydrodynamics and heat transfer were investigated of an upward liquid metal flow through a rectangular channel having an aspect ratio of approximately 3 : 1 and one-sided heating under a coplanar magnetic field (MF). The flow in the cooling system’s cooling channel for a liquid metal blanket module of a Tokamak type thermonuclear reactor is simulated. Experiments were carried out in the mercury magnetohydrodynamic (MHD) test facility. Local heat transfer characteristics were measured using a probe technique. Two types of thermocouple probes were used: a lever-type pivoted probe for detailed measurements of velocity and temperature fields in a channel cross-section and a longitudinal probe for taking measurements along the heated zone in the channel. A correlation method was used for measuring local velocity. The distributions of averaged velocity and temperature, the distributions of dimensionless wall temperature along the cannel perimeter, and characteristics of flow temperature fluctuations are presented. The distributions of averaged and instantaneous wall temperatures along the channel were obtained. The effects caused by an increase in the intensity of temperature fluctuations in a coplanar magnetic field were revealed. It is the authors' opinion that natural convection is responsible for formation and separation of large-scale vortex structures, the axis of which is parallel to the magnetic field induction vector, at the heated wall. These vortices bring about temperature fluctuations that often exceed the level of turbulent fluctuations. The data on heat transfer should be considered in designing MHD cooling channels of a fusion reactor.