吸水口前自由表面旋涡的LBM模拟

作者采用单相自由面格子Boltzmann模型,数值模拟了水槽底部吸水装置在科氏力诱导下自由表面旋涡的生成和演化过程。计算结果表明本文采用的方法能够较好地捕捉自由表面旋涡流动的大幅度变化的气液两相界面,同时通过对自由表面旋涡生成与演化过程中不同水平面的速度矢量分布,切向速度、径向速度、环量以及涡核半径的变化规律的分析,说明计算结果与实验结果是一致的。     

侧向进水口立轴旋涡数值模拟

为了研究侧向进水口立轴旋涡的运动特性,以RNG模型为基础,引入VOF方法捕捉自由液面的变化,对立轴旋涡的形态及其运动轨迹进行了三维数值模拟,并对旋涡水面线和三维速度分布进行了分析。结果表明,侧向进水口前的旋涡是非对称的,其涡轴是一条空间曲线,旋涡下部在进水口的抽吸拉伸作用下发生扭曲。旋涡运动可分为三部分,第一部分水面线呈漏斗状,与对称旋涡类似,第二部分旋涡运动逐渐从竖向转为横向,第三部分为横向运动。在旋涡的上半部,轴向速度随着水深的增加而增大,当旋涡逐渐由竖向转为横向运动时,轴向速度逐渐减小直至为零。最大切向速度发生在淹没深度的52%处。     

凹槽中的旋涡及初生空化数的估算

本文阐述了凹槽中旋涡形成的力学机制；利用文献［1］中的结果建立了凹槽中旋涡的涡量平衡、能量平衡近似关系式；给出了旋涡初生空化数的表达式，它不仅和凹槽的宽深比有关，还和参数K1有关(K1为流道宽和槽深之比)；对不同的深宽比和K1值计算了凹槽中的旋涡参数和初生空化数，把计算的初生空化数和已有的实测凹槽旋涡初生空化数进行了对比，两者的值和变化趋势基本一致。     

钝体尾迹区通气空泡流动特性研究

该文采用实验的方法开展了不同雷诺数和通气量下钝体尾迹区通气空泡流动特性的研究,依据雷诺数Re和通气率Q_v建立了通气空泡气液两相流的流型图谱。根据通气空泡流动特征,将其分为两大类,分别是旋涡脱落型和相对稳定型。当通气率为Q_v=0.086 6时,雷诺数的改变不影响空泡流型,均属于旋涡脱落型。当通气率为Q_v=0.278时,钝体尾部有空泡包裹,随着雷诺数的增加,空泡长度显著减小,空泡形态由相对稳定型向旋涡脱落型转变。当雷诺数保持一致时,随着通气率的增加,均出现了由旋涡脱落型向相对稳定型转变的趋势。随着雷诺数的增加,由旋涡脱落型转变为相对稳定型所需要的通气率增大。     

门槽旋涡及壁面压力特性

平板闸门是水利水电工程中最为常用的一种水工建筑结构.由于水流经过门槽时,流态复杂,易产生空化空蚀破坏,从而影响闸门的安全运行.该文采用SST k-ω紊流模型对门槽的水力特性进行了研究,主要内容包括:不同来流条件下门槽宽深比对门槽内旋涡负压值和位置、门槽边壁负压值和位置的作用;门槽内旋涡负压与边壁负压的相关性;不同来流条件下,门槽的错距比及宽深比对下游一次和二次分离区负压的影响等.结果表明:来流流速对门槽内旋涡负压、边壁负压和下游分离区负压都有很强的作用;随着宽深比的增加,旋涡中心负压值呈先增加后下降趋势,在宽深比为1.5附近达到最大值;旋涡中心点位置与门槽的宽深比和流速相关,而门槽边壁负压点位置主要与其宽深比相关;门槽中心的旋涡负压与门槽内边壁负压之间有很强的线性相关性,斜率约为0.813;门槽下游斜坡的设置可以有效地改善一次分离区的负压;一次和二次分离区负压同时达到最小的错距比大致为0.03-0.04.     

边表孔闸前吸气旋涡试验研究

针对多泄洪表孔的边表孔闸前极易产生强烈的吸气旋涡的问题,试验观察了边表孔闸前水流流态,分析了旋涡成因,并详细研究了工作水头、闸门开度、绕流距离及相邻表孔运行方式对吸气旋涡的影响以及吸气旋涡对表孔侧墙压力的影响。结果表明:该吸气旋涡主要是由边墩绕流效应引起,是发生在边表孔的特殊水流现象;旋涡涡心直径随工作水头和绕流距离的增大而增大,随闸门开度的增大而减小;相邻表孔全开与局部开启相比,边表孔闸前漩涡更大;吸气旋涡导致表孔下游侧墙出现负压,可能造成侧墙空蚀破坏,在实际工程中应注意对此类旋涡进行控制。     

旋涡排砂在阿勒泰市东戈壁引水干渠中的应用

旋涡排砂技术是解决渠道泥砂淤积又一新技术，该技术采用不对称结构设计旋池来适应池内不对称流态，在旋池内设置了稳流环，形成内涡与外环，内涡中的水流由稳流环的底部从外环进入，增加了自由涡与外环的底部流速，对泥砂的运移十分有利。稳流环的另一个作用是在旋池内形成凸岸，有利于泥砂沉积。     

平面旋涡(中心型奇点)水力特性的探讨

本文讨论了平面旋涡(中心型奇点)的水力特性.说明了这种旋涡的中心被封闭的流线所包围，中心点的流速为零，封闭流线为椭圆曲线；给出了旋涡内流速与压强，旋涡的环量、涡量以及角动量的表达式；建立了旋涡水力参数和主流水力参数的连接条件，包括两个运动连接条件和两个动力连接条件；将得到的理论结果应用于侧墙突扩或跌坎流，得到的旋涡中心压强表明，在一般明渠条件下，主流流速大于20m/s时旋涡区有可能出现空蚀；应用于水跃时发现，跃长与跃高之比和突扩流旋涡的长宽比基本相同，估计了水跃旋滚区的紊流运动粘滞系数；应用于交岔渠道的旋涡时，指出了旋涡宽度与渠宽之比必须小于0.160，给出了一个数例     

弧形闸门前旋涡临界淹没水深研究

该文以某弧形闸门控制的泄洪闸为研究对象,采用比尺为1:20的水工模型试验,对弧形闸门前的旋涡特性及其临界淹没水深进行了研究。试验观测发现,弧形闸门局部开启时,闸门前旋涡总是成对出现的,且环量方向相反。实测吸气旋涡的临界淹没水深数据表明,其不仅与弗劳德数有关,还与进水口的宽高比以及来流收缩比有关。最后该文通过理论分析和数据拟合的方法,建立了避免弧形闸门前形成吸气旋涡的临界淹没水深公式,该公式同时考虑了弗劳德数、闸门开度和来流环量的影响。     

水平进水口自由表面旋涡数值模拟研究

旋涡运动是一种复杂的水流运动,目前尚难得出理论上的精确解。自由表面旋涡是水工建筑物进水口前的常见水力学现象,其发生常会对水工建筑物造成不利影响。旋涡数值模拟难度较大,尤其是吸气旋涡较难模拟出。建立了进水口旋涡三维数值模拟的模型,模拟出吸气旋涡现象。分析了计算结果与物理模型试验结果的差异,探讨了VOF法在水气两项流中的运用,为进一步进行吸气旋涡的三维数值模拟提供了一定经验。