海洋深水试验池造流系统整流装置数值计算与分析

造流系统整流装置是海洋深水池造流系统的重要组成部分,其整流效果决定了水池能否模拟出稳定、均匀的深海流场,进而影响开展海洋工程深水试验研究的能力。该文通过CFD软件求解RANS方程和标准k-ε湍流模型,对海洋深水试验池深水造流系统部分整流装置进行数学建模,开展了各种造流条件下整流效果的数值模拟与计算分析。通过整流装置对流场内流速和压力等分布的作用进行研究。分析结果表明,整流装置的设置对改善造流流场作用明显。同时计算分析结果表明整流装置的几何形状、安装位置等都会对流场的均匀性、水流压力损失等诸多因素产生显著影响。数值模拟的结果对海洋深水池深水造流系统造流能力和效果的优化具有着相当重要意义。     

水平轴式海流发电装置的设计研究

为了提升海流能发电装置的的能量转换效率,研发了一种水平轴式 S 形叶轮海流发电装 置。采用升力法设计叶轮结构,建立 CATIA 模型并开发了模具,以便于大规模的加工叶轮。设计 了 9 槽 8 极绕组水下防腐永磁发电机,并进行了发电机系统结构的设计。导流罩的线性选择使得 海流速度增加 14% ～ 23% ,但流速过大又造成了装置不稳定。通过工程样机海上试验,验证了永 磁发电机的发电性能,同时检测了发电装置实验阶段的防水及防腐效果。轮机在流速达到 0. 32 m /s 时即实现无负载自起动。在海水流速为 2. 5 m /s 时,轮机的获能功率可达到 1 150 W; 在海水流速为 2 m /s 左右的海况下,轮机的实际获能功率在 900 W 上下,获能效率最高为 32% ,提高了能量的转换 效率。     

新型低流速海流发电系统转轮部分的实验研究

通过研制水下能源与电能转换关键的技术及设备，解决海洋水下仪器、设备长期运转的能源补充，完成水下小型低速海流发电装置转轮部分的设计和实验研究，为利用低流速海流能源开辟了一条新的途径。     

贮灰场沉积粉煤灰动力特性试验研究

贮灰场沉积粉煤灰的动力特性对评价挡灰坝在地震动荷载作用下的稳定性至关重要。通过动三轴仪对两种不同干密度的沉积粉煤灰进行了三轴试验,探究了沉积粉煤灰的动应力－动应变关系、动模量、阻尼比、动孔压和动强度的变化规律。研究结果表明:不同干密度的粉煤灰动应力－动应变曲线基本呈双曲线型,与土的应力－应变曲线相似,呈弱硬化型。干密度大的试样相应的动模量越大。相同干密度下,不同围压下的阻尼比规律不明显,但阻尼比随着动应变的变化趋势符合一般土常见的规律。动应力越大,试样破坏所需的振动次数越小,且动剪应力比也越大。动孔压水平随振次的变化不大,且与振次比的关系可以归一化。同时,得到了两种沉积粉煤灰的总强度指标和有效应力指标。     

桥墩紊流宽度的试验研究

通过概化水槽试验,采用M icroADV流速仪测量瞬时流速,得到桥墩周围纵向、横向和垂向时均流速和紊流强度的横向分布.比较了有、无桥墩的时均流速和紊流强度横向分布变化,得出桥墩对时均流速和紊流强度的影响幅度和范围,据此确定桥墩侧边缘的紊流宽度,并给出了桥墩最大紊流宽度随断面平均流速变化的关系.     

圆端形桥墩侧向紊流宽度的试验研究

在水槽中进行概化试验,采用三维声学多普勒测速仪(ADV)测量圆端形桥墩周围三维流场及紊动强度分布.分析有桥墩时的紊流强度垂向分布及有、无桥墩时紊流强度比值的横向分布变化,分析结果表明,垂线上紊流强度最大位置在0～0.2 h与0.8h～1.0h两个区间,桥墩对紊流强度的变化影响存在极值,极值大小和出现位置与流速有关,流速越大,极值越大,且极值位置与桥墩的距离也越大.根据极值出现位置离桥墩距离确定紊流宽度,给出了桥墩紊流宽度与弗汝德数的关系.     

人工加糙对明渠紊动特性影响的试验研究

利用激光测速仪,对光滑壁面及人工加糙的明渠紊流进行了试验,测量了光滑壁面、水力过渡面、水力粗糙面不同水深情况下明渠紊流的纵向时均流速及脉动流速。通过实测资料分析了人工加糙对明渠紊流紊动强度的影响,得到了光滑面、过渡面及粗糙面紊动强度的发展变化规律。     

三维数值模拟在泵站侧向进水前池的应用

泵站布置形式因进水方式不同通常分为正向和侧向两种进水方式,侧向进水时前池来流方向和前池中的主流方向存在夹角,此时由于弯道水流的运动特性,侧向进水前池容易产生主流脱壁、回流和漩涡等不良流态,难以形成良好的水泵进水条件,影响机组的安全运行。针对古德洛尔电厂一期侧向进水泵站前池,采用RNGκ-ε双方程紊流模型封闭雷诺平均的N-S方程,利用SIMPLEC算法对泵站前池及部分引水明渠水流流场进行三维数值模拟,对比分析设计方案修改前后前池水流的流速、涡量、水面线等水力参量分布特性,并以典型断面流速分布均匀度为目标函数分析整流措施前后前池内流速分布均匀度变化,验证了增加合理的整流措施可以有效改善前池流态。     

河口、浅海ADCP定点海流观测资料的比较与整理

ADCP被广泛应用于断面流量测量，具有操作简单、结果直观、信息量大等显著的优点。通过对ADCP定点海流观测与传统流速仪海流观测的对比分析,提出在浅海水文测验中，对ADCP海流观测资料进行整理的一种方法，实现对ADCP观测数据进行选择性的冗余处理。     

基于RNG k-ε湍流模型的串列双矩形截面桥墩绕流流场特性研究

串列双矩形截面桥墩在桥梁工程中应用广泛,桥墩间距对其绕流流场特性影响显著。利用Fluent软件,基于RNG k-?湍流模型对单矩形截面桥墩、串列双矩形截面桥墩绕流非稳态瞬时流场进行数值求解,从涡量、流线、压力及横向流速等多方面,研究了不同桥墩间距工况下(L/W=2、4、6)串列双矩形桥墩绕流流场分布特征。结果表明,与单矩形桥墩相比,串列双矩形桥墩绕流流动更复杂,尾流涡体及流线弯曲区横向分布范围更广;两桥墩剪切层的生成、分离和重附受桥墩间距影响,当L/W≥4时上游桥墩尾流出现涡体的生成与脱落,桥墩间形成流线弯曲区、压力增高区和压力降低区,下游桥墩尾流形成多个压力降低区。矩形桥墩尾流横向流速呈正负交替波动,与单桥墩单一且对称分布的流速波形图相比,双矩形桥墩横向流速波形图不再对称分布;桥墩间横向流速峰值随间距增大而降低,桥墩两侧区域横向流速波动峰值较单桥墩增大,且距离桥墩中心线越远波动峰值越低。研究结果可为桥墩布设提供参考。     

湖底地形对风生流场影响的数值研究

本文利用三维水动力学模型，对定常风条件下，几种典型湖底地形浅水湖泊的风生流场进行了数值模拟，比较了几种典型地形的风生流的垂向平均流场与各分层流场的差异。结果表明：在风场等外部条件相同的情况下，湖底地形将决定湖泊风生流场的基本形态和环流流速，碟形底和斜形底的湖泊所形成的垂向平均流场有明显差异。湖底地形的变化对稳定状态的湖泊次表层、中间层和次底层流场有较大影响，而对表层流场影响不大。湖中有无岛屿将形成截然不同的两种风生流场。     

粒子相的分类及对紊流场的作用

本文提出了两相流中粒子相颗粒粗、细和含量浓、稀的分类标准，并从两相流紊流基本方程出发，分析了粒子相对紊流场的作用，并导出了粒子相对紊动强度影响的计算式。     

钦州港港区流场的数值模拟

用控制体积法离散水流运动基本方程，以ＡＤＩ法求解。并根据现场实测资料，复演了钦州港港区工程前的流场，定性分析了工程后的流场，其结果较为合理。     

胶州湾海域中随机因素对流场模拟结果的影响

随着电子计算机技术的发展，数值模拟技术在海洋环境中得到广泛应用。数值模拟是采用数值计算方法求解一系列微分方程，由确定的输入条件得到确定的输出结果。而自然现象是由多种因素引起的，如：天文因素、气象因素、海洋因素、地质因素、地形因素等，这些因素都是随机的。在模型的输入中存在着不确定性，因而使得模型的输出也是随机的。本文对胶州湾海域潮流场进行了数值模拟计算，在模型中对输入、输出进行了不确定性分析和敏感性分析，并给出了输出结果的长期变化值及基于一定概率水平的置信区间，该结果在工程设计中具有一定的意义。     

单沟槽沙坝海岸的裂流实验研究

该文实验研究了单沟槽沙坝海岸上产生的波生裂流流场,重点关注了不同波浪条件下流场水平形态以及最大裂流流速的变化.实验在波浪水槽中进行,采用规则波作为入射波浪,应用高精度浪高仪阵列和流速仪阵列,在全场范围内较密集地采集波面升高和流速数据,通过分析实验数据,获得全场波高、平均水面以及流速分布,对裂流及两个存在的补偿流进行了描述,分别比较和分析了不同波高对于裂流强度及整个流场形态的影响,并对最大离岸流速与波高间的关系进行了分析.     

拦河闸引水口三维流场数值模拟

水力发电厂拦河闸引水口附近的水流流态复杂,且行洪期受泥沙影响较大.通过紊流数值模型对该区域工程整治的三维流场进行了数值模拟,计算结果给出了该区域的三维流速分布,结合泥沙运动特性可预估其工程效益,为相关部门的工程整治方案提供基本数据.     

利用数字图像处理技术测量浓度场的实验研究

利用数字图像处理技术是当前研究环境污染物扩散机理的重要手段。该文通过水槽实验,分析了污染物图像的灰度与污染物的浓度、光源的距离以及排放口所在水深的关系,并建立了污染物浓度与图像灰度关系的方程。利用该方程对射流在横流中测量的图像进行了浓度场计算,得到的结果与实际情况吻合较好,因此,该方法能广泛应用于物质扩散机理的研究。     

波浪-水流相互作用模型

从N-S方程入手推导并建立了波浪和水流相互作用数学模型。该模型耦合了波浪和水流之间的相互作用因素，统一描述了波浪、水流流场在波流边界层内、外的变化规律，同时引入了k-ε紊动模型封闭了方程。模型结果与实验数据比较结果表明，所建立的波浪水流全流场模型能很好地反映波浪、水流之间的相互作用特性。     

开闸式异重流前峰行进规律:数值求解

本文首先以数值方法求得开闸式异重流前峰行进规律。数值求解基于重在化群（ＲＮＧ）ｋ－ε湍流应力封闭模式，能合理反映异重流的过渡性局部湍流特征，结果与实验相符，表明开闸式湍动重流的前峰行进有两个阶段，先是坍塌段，峰速不变，后是自相似段，峰这随时间以－１／３次规律递减。     

无限深透水坝基渗流场与应力场耦合分析

无限深透水坝基的渗流问题是建在此类地基上土石坝成败的关键问题。渗流场和应力场耦合计算更加符合渗流实际情况。该文基于土体孔隙率和渗透性的相互关系,借助有限元软件geostudio/seepage和Sigma/w双场耦合模型,研究符合耦合计算的操作步骤;利用模型对实际工程进行计算,得到了沉降量,孔隙率的变化,主应力、渗透量及渗透坡降等关键参数在耦合时的变化规律。计算结果说明了坝基孔隙率和渗透系数相互作用并趋于稳定的过程,符合实际观测情况。