入口不同速度夹角对尾水管内湍动能的影响分析

以某水电站弯肘形尾水管为研究对象,应用ANSYS软件建立从尾水管进口到尾水管出口过流部件的流道模型,划分网格后导入Fluent进行模拟计算。分析结果表明,在入口速度垂直进入时,尾水管内部的湍流动能变化不大,流动较为平缓,湍流发展较充分。随着速度入口夹角的增大,弯肘段入口及水平扩散段入口的湍流动能越来越大,即说明随速度入口夹角的增大,尾水管在弯肘段及水平扩散段的流动越紊乱,对机组稳定不利。该方法可预估弯肘形尾水管内部的流动性能和湍流发展程度。     

斜向流作用下波浪的变形及破碎

当波浪自无流区斜向进入有流区后，不仅波要素发生变化，波浪传播方向也发生变化，即产生折射．作者曾根据线性波浪理论计算了波浪折射后的波要素变化情况。作者也曾通过实验分析和理论计算对正向流作用下波浪的变形及破碎问题进行过详细的研究．为了进一步研究波浪折射对变形及破碎的影响，本文计算和分析了外向流作用下缓坡上规则波浪和不规则波浪的变形及破碎过程，取得了以下两方面的成果：１）正向流作用下波浪的破碎指标及研究方法可以应用于斜向流情况；２）波浪的折射在一般情况下使波高降低，从而使破碎点向浅水方向推移。     

液体爆炸抛撒初期液环运动、破碎的数值研究

本文对FAE技术液体燃料抛撒过程中爆轰产物气体膨胀、液环轴对称径向扩展运动及液环破碎进行分析，建立相应的物理数学模型，并将各模型耦合起来，完成了爆炸力驱动下液环径向扩展、破碎过程的数值模拟。研究结果表明，建立的物理数学模型是可行的，而且该问题的研究为液体的二次破碎及气液混合物形成过程的数值研究提供了初始条件。     

波浪传播的数值模拟与物理模拟耦合模型

此文对于二维波浪的传播建立了数值模拟与物理模拟的耦合模型。模型中,数值模拟采用基于改进Boussinesq方程的三角形网格有限元模型,物理模拟采用推板式造波机。模型的求解采用空间五点的拉格朗日插值和时间的四阶Runge-Kutta格式。通过波浪模拟实验研究了耦合模型在不同波浪要素下的适应性。进一步针对于规则波和不规则波分别建立了实时修正由于造波机造波性能所引起的模拟误差的方法。波浪模拟实验结果表明,耦合边界附近数模结果与物模结果吻合很好,实时修正方法能很好修正由于造波机造波性能所引起的模拟误差,耦合模型和实时修正方法能有效建立起数模与物模的确定性联合。     

粗粒土颗粒多点接触下的破碎准则研究

室内多采用2点加载的单颗粒破碎试验获取岩石颗粒的破碎强度,而在实际工程中颗粒大多处于多点接触受力状态,单颗粒破碎试验获得的颗粒强度是否适应多点接触破碎判别需要深入研究。以凝灰岩室内试验的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度和巴西劈裂抗拉强度作为基准标定平节理模型的细观力学参数,用标定后的参数建立岩石颗粒的平节理模型试样。首先进行单颗粒破碎试验的数值模拟,分析颗粒在2点加载下的破坏过程;随后随机挑选100个加载构型,模拟颗粒受到不同接触力数量作用下的颗粒破碎,分析多点接触下最大主应力准则、平均主应力准则、八面体剪应力准则和最大接触力准则的适用性。结果表明:岩石颗粒在单颗粒破碎试验中的破坏过程有弹性阶段、裂纹稳定扩展阶段、劈裂破碎阶段;当颗粒处于多点接触受力状态,最大接触力准则判断颗粒破碎仍然适用。     

加固措施对富水断层破碎带隧洞围岩稳定的影响研究

若遭遇节理裂隙发育、孔隙水压力较高、溶蚀破碎带等不良地质条件,现有的加固措施能发挥 多少作用,值得进一步研究。选取处于强透水岩体且夹杂断层破碎带的引水隧洞断面,应用大型商用有 限元程序ＡＢＡＱＵＳ对围岩稳定性进行分析,探究混凝土衬砌和注浆圈两种加固措施的支护效果。分析 表明,衬砌能够显著减小围岩的应力和变形,替围岩承担较大的应力;而注浆圈不仅能够约束围岩、提高 围岩的整体性和自稳能力,而且能够降低衬砌的应力,起到了保护衬砌的重要作用;加固之后围岩应力 和变形的改变与渗流场的变化息息相关。     

亚临界雷诺数下波浪型圆柱绕流的数值模拟及减阻研究

采用大涡模拟数值方法对亚临界雷诺数Re=3000下波浪型圆柱的绕流现象进行研究分析。研究结果表明,波浪型圆柱的三维尾迹涡结构能得到很好的控制,它在轴向方向呈现周期性正负涡的交替分布特性。随着幅值的增大,波浪型圆柱表面的自由剪切层得以延展,使得旋涡的脱落发生在波浪型圆柱下游较远处,从而达到减阻的目的。波浪型圆柱与普通直圆柱相比,其幅值对平均阻力系数及脉动升力系数的减少及尾迹控制有着更重要的影响,最大减阻可达16%。     

波浪作用下悬移质泥沙运动的两相流数值模型

该文采用基于水沙两相紊流的数值模型对波浪作用下的悬移质泥沙运动进行研究。基本方程中将水相和颗粒相通过相间作用力进行耦合,合理地考虑了相间相对运动的影响。数值计算方法为有限体积法,对流项处理利用了三阶精度的QUICK格式,离散方程组求解采用的是TDMA迭代方法。计算得到的悬移质泥沙垂线时均计算值与不同尺度的水槽实验数据吻合很好,表明数学模型及其计算方法对于低浓度水沙两相问题是合理的。该研究还探讨了悬沙浓度、泥沙沉降速度以及各种相间作用力随时间的分布规律。     

应用MIKE 21 BW模型分析航道对波浪传播的影响

波浪在传播过程中遇到航道会发生折射、绕射以及反射现象。MIKE21的BW模块可以很好地计算和分析港口、码头等小面积波浪场中的多方向不规则波的相互作用,浅水变形,折射,绕射和反射等各种波浪现象。本文采用该模块建立在不同航道条件下的波浪传播数学模型,并利用数模结果系统地分析了航道水深、航道宽度、航道边坡坡度以及波浪入射角度对波浪传播与变形的影响规律。成果对试验研究及工程实践有指导意义。     

近坝岸坡滑坡涌浪演化规律及工程影响模拟

近坝库区滑坡涌浪严重威胁大坝及周边人员安全,明晰库区涌浪演化规律是该类型灾害预警的首要任务。以黄河上游某水电站工程大坝左岸4号倾倒变形体为对象,建立了基于Flow-3D Hydro原型尺度三维数值模型,分析了4号倾倒变形体不同部位原位失稳时的涌浪特性及传播演化特性。结果表明：近坝岸坡4号倾倒变形体失稳产生的涌浪类型为弱非线性震荡波,这种波型经过演化后往往次生波表现出最大波高、最大爬高等特征;如果将4号倾倒变形体分不同部位原位失稳,多宗龙洼沟侧整体下滑对坝前及坝下游建筑物无影响,可不做工程处理;但黄河侧原位整体下滑时,右坝肩最大浪高14.19 m,左坝肩最大浪高16.40 m,坝前爬坡高程约至3 009.00 m,超过防浪墙顶高程,严重危害面板堆石坝的安全,需要进一步的工程减灾措施。该研究成果可为库区滑坡涌浪灾害预警提供技术支撑。     

随机波浪作用下大直径薄壁圆筒防波堤的动力分析模型

根据大直径薄壁圆筒防波堤的受力特征,提出了防波堤可能出现的3种运动模态：摇摆运动、摇摆-小滑移运动和摇摆-大滑移运动。引入控制侧向滑移的阻滑板-弹簧-阻尼器,建立了在随机波浪荷载作用下的大直径薄壁圆筒防波堤的动力模型,并建立了相应的运动方程。根据大直径薄壁圆筒结构防波堤系统的特点,提出了其附加土质量和其它参数计算公式。通过实例验证,表明本模型对随机波浪荷载作用下大直径薄壁圆筒防波堤动力响应数值模拟是可行的、有效的。     

过渡阶梯大小对一体化消能工消能特性的影响研究北大核心

由"宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池"组成的一体化消能工在现代高水头大单宽泄流量的水利水电工程建设中得到广泛的应用。基于阿海水电站,研究了WES曲面与阶梯溢流坝连接处的连接形式对该消能工水力特性的影响。采用水气两相流VOF计算方法辅以三维RNG k-ε湍流数值模型,对分别由12个0.5 m×0.375 m(高×宽)台阶、6个1 m×0.75 m(高×宽)台阶、3个2 m×1.5 m(高×宽)台阶以及2个3 m×2.25 m(高×宽)台阶组成的过渡阶梯进行三维数值模拟。研究结果表明:随着过渡阶梯台阶尺寸的增大,溢流坝面最大湍流动能k逐渐减小,最大湍流耗散率ε逐渐增大,消能率也将逐渐增大;k及ε在消力池内分布规律基本一致,主要分布在消力池前端的底部和中部。由2个3 m×2.25 m(高×宽)台阶组成的过渡阶梯消能效果最好。     

流体黏性对迎浪航行船舶运动和波浪增阻的影响

对在规则波中迎浪航行的大型油轮KVLCC2船模,为了研究流体黏性对船舶运动和水动力的影响,分别采用求解RANS方程和求解欧拉方程的方法,应用CFD软件STAR-CCM+对黏性流场和无黏流场进行了数值模拟。采用GCI方法对数值不确定度进行了分析,验证了数值方法的有效性;采用湍流模型和无黏流模型对船舶在一系列波长的波浪中的运动和水动力进行了数值预报,并将数值结果与现有实验数据进行了比较。结果表明,流体黏性对船舶运动影响很小,对共振状态附近的波浪增阻有一定的影响。总体上,对船舶迎浪航行流场的数值模拟,忽略黏性能保证一定的计算精度而提高计算效率。     

离心泵内部两相流模拟及其叶轮的流固耦合分析

应用N-S方法和标准k-ε湍流模型,采用SIMPLE法,对离心泵内部三维固液两相流进行了模拟计算。得到不同固相(颗粒)浓度下的离心泵内部压力分布和内部颗粒浓度分布情况,并且基于流固耦合原理对离心泵叶轮进行结构分析,采用多物理场协同仿真平台ANASYS Workbench,通过单向流固耦合技术实现离心泵叶轮结构的仿真计算,获得了离心泵叶轮在同一工况、不同固相浓度下的等效应力及变形情况。计算结果表明,蜗壳中压力和固相体积浓度分布规律都是从进口处随蜗壳半径增大而增大,并且在隔舌处出现浓度分布不均匀的现象。各种计算条件下,叶轮的等效应力和总变形情况变化趋势基本上相同,叶轮的应力分布都不均并且存在局部应力集中,固相体积浓度越大离心泵叶片的变形也越严重。     

气液条件下离心泵的气相分布特性分析及性能预测

以气液混输离心泵作为研究对象,采用N-S方程和欧拉-欧拉模型,对进口含气率为1％到10％时的气液两相流工质条件下进行全流道数值模拟,计算求解时采用混合网格对流体域进行离散,分析不同含气率下的外特性变化情况和叶轮流道的气相分布情况.结果表明:随着进口含气量的增加,泵的扬程和效率都有所降低,并且含气率越大,性能下降越快,气...     

重力对气液两相横射流的影响分析

该文采用直接数值模拟研究了沿横流方向重力对平板单孔气-液两相横射流的影响规律.基于VOF方法,数值模拟捕捉到了清晰的瞬态气-液界面.研究结果表明:相比于不存在重力的情况,沿横流方向重力的存在会使流场中的气体受到逆横流方向的浮力.浮力有利于气体黏滞于固壁表面附近,具体表现为有重力算例的横截面平均气体体积分数和近壁面平均气...     

断层破碎带与洞室间距对地下水封洞库洞室稳定性的影响研究

地下水封洞库通常在花岗岩等硬质岩体中开挖形成,其库区地质构造多发育有断裂构造、节理裂隙等不良地质结构。为了探究断层破碎带对地下水封洞库洞室稳定性的影响,依据湛江地下水封洞库库址区地质构造及地应力实测资料,基于FLAC^3D有限差分软件,分析了断层破碎带距洞室不同距离时的围岩位移及模型断面典型位置的位移。结果表明:①断层破碎带位置对洞室近边墙围岩稳定性影响较大,对远边墙围岩稳定性影响较小;②当断层破碎带距离近边墙的距离超过1/2洞室跨度时,断层破碎带对洞室围岩稳定性影响可忽略。研究成果对于类似洞库工程选址及安全距离的选择具有良好的指导作用。     

中心管管径变化对浮标波能转换性能的影响分析

为了探究中心管管径变化对振荡水柱式波能发电装置能量转化性能的影响,从提高波力发电装置的能量转换效率方面,设计了一种中心管结构,对其上下部分管径取3组比值,采用流体力学仿真软件和网格划分软件对三组模型进行数值模拟计算并在造波水池中进行能量转换效率误差分析。结果表明,直管型中心管能量俘获宽度比仿真结果和实验数据最高值分别为10. 6%、9. 8%,虽然俘获宽度比出现了双峰值,但波峰不高且波谷较低;管径比为5/7和3/7的阶梯型中心管能量俘获宽度比仿真值和试验值分别为15. 7%、15. 2%和17. 6%、16. 4%,阶梯型中心管能量转换效率优于直管型中心管,且都出现了双峰值和较高的波谷。在实际运行中,采用阶梯型中心管可有效提升波能发电装置的能量转化效率,且中心管管径比r_2/r_1越小,其效率提升越明显。考虑到装置的结构合理性,中心管具体尺寸应视实际情况取值。研究成果能够为新型波浪浮标的设计提供理论依据。     

搅拌器内转轮半径对气液混合影响的数值模拟研究

研究转轮半径这一因素对搅拌器内气液两相混合流特性的影响,可为搅拌器的设计与优化提供依据。采用RNG k-ε湍流模型结合多参考系法对单叶轮气液搅拌器内的气液混合过程进行了模拟计算。通过模拟计算得到了搅拌器在相同通气率、相同转轮转速、不同转轮半径下的气液流动速度场以及不同方向、不同截面上气含率的分布规律,分析了不同转轮半径对搅拌器内三维流场及气含率分布的影响。模拟结果表明:在通气率不发生改变的情况下,转轮半径大小的改变对搅拌器内的气含率分布的影响较小,而对速度分布有一定的影响。     

叶顶间隙对气液混输泵水力性能的影响研究

该文以气液两相三级混输泵为研究对象,基于数值模拟研究了不同含气率下叶顶间隙对混输泵外特性、内流场、载荷分布及气相分布的影响,并通过与实验对比验证了数值模拟是可靠的。主要结果表明：随着叶顶间隙增大,混输泵扬程和效率均呈现下降趋势,纯水工况相较20%含气率工况下降幅度更加显著;虽然叶顶泄漏现象随着间隙值的增大逐渐加剧,但20%含气率时大间隙下叶顶间隙内流动比小间隙模型更加平稳;叶顶间隙使得叶片表面压力分布发生变化,含气率小于10%时,随着间隙值的增大叶片表面静压逐渐降低。当含气率大于10%以后,其变化较为混乱;合理的叶顶间隙能有效改善叶轮内的气相分布。就该文所研究的混输泵而言,叶顶间隙小于0.28%D(叶轮直径)时,随着间隙值增大叶轮内的气相分布越均匀。