基于1DtempPro和VFLUX的河床潜流交换通量量化研究

分析河床潜流带地表水与地下水相互作用规律对合理开发利用水资源,维持生态系统平衡意义重大。基于热示踪法探究河床潜流交换的时空特点,结合沃克河流域的试验数据,建模分析潜流交换过程中温度场的时空分布特征,对比不同深度的温度模拟值与实测值,利用1DTempPro和VFLUX计算得河床浅层交换通量,分析二者差异,并探究了交换通量对水位的响应。结果表明,温度场存在时间波动和分层现象,水热交换主要发生于潜流带浅层区域,深层温度与交换通量均较为平稳,水位变化对交换通量影响显著。潜流通量区间主要为20～180L/(m~2·d),计算时段内地表水补给地下水。该研究可为河床生态建设和保护提供依据。     

阶梯-深潭结构下的潜流交换过程试验研究

通过水槽试验验证了FLUENT结合COMSOL模拟阶梯-深潭结构下潜流交换过程的可行性,对比平坦河床,分析了阶梯-深潭结构下潜流的交换路径及不同区域的交换强度。结果表明,实测河床水沙界面水压力与模拟值吻合较好,阶梯坎附近呈现顺流下沉流、平行流、顺流上涌流、逆流上涌流4种水流状态。阶梯-深潭结构引起的水头变化是潜流交换的直接驱动力,阶梯坎上游及冲刷坑下游地表水进入河床后在冲刷坑内重回地表,完成了潜流交换过程。阶梯-深潭结构的潜流交换强度约为平坦河床的100倍,最大值出现在阶梯坎下方,最小值出现在阶梯坎下游约1m处的"速度零点"区域,该区域下游潜流交换速度明显减弱。     

洪水过程对垂向潜流交换作用的影响

选取洪峰和涨洪历时两个参数,利用COMSOL模拟研究了单峰洪水一个周期内河床表面压力分布变化条件下,在河道潜流区地表水与地下水进行潜流交换时,潜流交换量随时间的分布特点、示踪粒子在河床中滞留时间的变化规律以及潜流交换在潜流带深度方向的变化规律。结果表明,在单峰洪水一个周期内,涨洪历时的大小对潜流交换量和交换深度影响并不显著,但随着涨洪历时的增长,粒子滞留时间会随之增大;洪峰大小与潜流交换总量、交换深度均呈线性关系,即洪峰越大,潜流交换量越大,潜流交换深度也越大;随着洪峰的增大,粒子滞留时间也会随之增大。     

分层土壤介质影响下侧向潜流交换过程

为深入研究河岸带分层土壤介质对侧向潜流交换的影响,通过野外试验和数值模拟,探讨了分层土壤介质对地下水及侧向潜流交换过程的影响。结果表明,分层土壤介质的存在对地下水有一定影响,淤泥层的存在对河床潜流交换影响较大,堤岸防渗的存在阻碍了河岸水与侧岸地下水的潜流交换。     

间距对错口插板透水丁坝缓流效果的影响

探究间距对错口插板透水丁坝缓流效果的影响，可为现代护岸工程的设计提供理论依据。使用CCHE2D软件对塔里木河新其满河段实体水槽模型进行二维数值模拟研究，分析了不同间距错口插板透水丁坝对上游透水丁坝作用区水面线、流速、河床切应力分布的影响规律。结果表明，当相对坝长比b/B=0.21,且在来流量、坝长等因素不变的情况下，透水丁坝间距越大，上游插板透水丁坝坝后缓流及流速均匀性越好，水位雍高值逐渐减小且河床切应力呈减小趋势。当间距为5倍有效坝长时，上游插板透水丁坝坝后流速、水位及河床切应力均趋于稳定。研究结果可完善插板透水丁坝作用区缓流效果理论。     

滨岸带植物对水流结构影响的试验研究

以滨岸带植物为例,针对河道断面形式与植被分布影响河道水流结构、进而影响河流生态功能和河岸稳定等问题,通过种植3种高度模拟植物的梯形断面渠道的12组次水槽试验,分析了梯形生态渠道的沿程水面线、沿程流速及植物带中断面横向与中垂线流速分布、等效糙率.结果表明,植物带前壅水水位随植物高度增加而增大、植物带末端出现水位降低和流速升高区域、植物带断面中垂线流速分布呈大“S”型分布,流速梯度反转值位置随植物高度的增加而升高;断面横向流速对称分布,主槽流速大于边坡区流速,最大流速发生于主槽与边坡交界区.     

扩散层结构对质子交换膜燃料电池性能的影响

设计了等效孔隙率为0.67且含有不同孔径分布的5种扩散层,并建立了二维、单相、等温的质子交换膜燃料电池稳态模型,模拟研究了扩散层内不同孔径分布对电池性能的影响。研究表明,扩散层骨架的特性直接影响电池的电性能,电子通道的最小尺寸会影响极化曲线欧姆极化区的斜率;阳极侧氢气的传输受孔结构影响不大,认为基本不受孔结构的影响;在阴极侧,氧气的传输受气体通道与流道交界面尺寸的影响。     

"Y"型汇流口水流水力特性试验研究

利用ADV对“Y”型汇流口水流三维水力特性进行模型试验研究。结果发现，与支流斜接干流型汇流口水流一样，“Y”型汇流口也存在流动停滞区、流速偏转区、分离区、流速加速区等区域。“Y”型汇流口水流总体向下游呈螺旋流，随着汇流比的增大，河床高差的存在。这种螺旋流趋势减弱。河床高差的存在会大大增强支流侧水流脉动强度。     

微弯河道河床及河岸压强分布特性研究

为揭示微弯河岸形态下河床及河岸沿线压强的分布规律,利用FLUENT模拟研究了顺直河道衔接正弦形河道的模型在不同河道水流流速条件下河床界面与河岸沿线压强的分布特性。结果表明,河床界面的沿线压强受曲边形态的影响呈一定的波动特性,且这种波动特性会随流速增大而增强;河岸不同分层的沿线压强呈相似的波动特性,具体表现为河道凸岸段为水力低压区,凹岸段为水力高压区,且上层波动性更强;当河道水流流速增大时,河岸沿线总压强的波动振幅也随之增大。     

初始浑水含沙量对沉淀池中流速分布的影响

为研究初始浑水含沙量对河水滴灌重力沉沙过滤池中沉淀池内流速分布规律的影响,对5种不同初始浑水含沙量下沉淀池内的水沙两相流流场进行了数值模拟。通过对比分析不同初始浑水含沙量下流速沿水流方向和沿水深方向的分布规律,可知不同初始浑水含沙量下浑水流速沿水流方向变化规律与水深方向不同;但初始浑水含沙量越大,流速沿水流和水深方向增加或减小的幅度也就越大,越容易在沉淀池尾部形成较大回流,从而导致水流将部分泥沙带出沉淀池,使沉淀池的水沙分离效率降低。     

Numerical investigation of liquid water distribution in the cathode side of proton exchange membrane fuel cell and its effects on cell performance

A three-dimensional unsteady two-phase model for the cathode side of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) consisting of gas diffusion layer (GDL) with hybrid structural model is developed to investigate liquid water behaviors under different operating and geometrical conditions and to quantitatively evaluate effects of liquid water distribution on reactant transport and current density distribution. Simulation results reveal that liquid water transport processes and distributions are significantly affected by inlet air velocity, wall wettability and water inlet position, which in turn play a prominent role on local reactant transport and cause considerable disturbances of the current density. Liquid water film spreading on the gas channel (GC) top wall is identified as the most desirable flow pattern in the GC based on overall evaluations of current density magnitude, uniformity of current density distribution and pressure drop in the GC. Modification to GDL structure is proposed to promote the formation of the desirable flow pattern.     

凝汽器水侧流动的三维数值模拟

建立了某一凝汽器实际管束的流动计算模型,运用计算流体力学的方法,对该凝汽器水侧流场进行了三维数值模拟。采用分区对称计算方法,大大降低网格数量,从而详细预测了凝汽器水侧进出口水室以及其连接管和冷却水管束内的流动特性。计算结果可以清楚地表明:该凝汽器进口水室存在大量漩涡,使流动阻力增加,流动恶化;水室速度分布不均匀,进口水室管板中心区域流体流速较高而边缘区域较低,结构上存在一定问题;而出口水室的结构较为合理。这与采用多孔介质模型模拟的结论一致,进一步验证了采用多孔介质模型对凝汽器进行计算是正确可行的。计算结果同时表明,冷却水管束内流量和流速的分布是不均匀的,位于中心位置的冷却水管流量较大,而周边区域较小,最大流量差别可达到38%,且相邻管路的流量减小幅度与冷却水管布置有关。冷却水管内冷却水流量和流速的差异将会影响换热器的换热性能。计算结果可为分析研究管排流动不均而引起的换热效率问题提供条件,也可为凝汽器设计和结构优化提供依据。     

斜鼻坎挑流消能在黑石罗水库的应用

针对黑石罗水库现状连续式鼻坎消能效果较差,可能威胁河床及岸坡稳定的现状,通过水工模型试验,将挑流消能连续式鼻坎优化为斜鼻坎,即将鼻坎挑射角度由定值调整为渐次增大,同时偏转大角度挑射一侧反弧段边墙至泄槽轴线位置,去除小角度挑射一侧边墙及部分反弧段底板,迫使出坎水舌在平面上转向的同时沿竖向大幅拉开,在保证出射水流平顺归入河床的同时,增大挑射水流和空气的接触面积,最大限度消除水体能量,从而降低水股对落点的冲刷,达到保护河岸及相邻建筑物安全的目的。试验结果表明,斜鼻坎可以很好地适应狭窄地形条件,有效降低挑射水流对鼻坎下游的冲刷。研究成果为类似工程提供了参考。     

山溪卵石性河床流速分布规律试验研究

山溪河流具有流速大、水深小、流态多变的特点,其河流河道多为卵砾石结构,为分析其河床流速分布规律,利用变坡玻璃水槽对卵石性河道进行了模拟试验,在保证恒定均匀流的条件下,改变宽深比,分析水流垂线流速分布规律并最终得出其表达式;探讨了水槽粗糙系数的影响因素及其变化规律。结果表明,当坡度在一定范围内(1/200相似文献   

苏州市高新区给水管网水力模型的建立与应用

以三高宏扬给水管网水力模拟软件为模型搭建平台,建立了苏州市高新区给水管网水力模型。选取部分监测管段与节点,从压力、流量角度对模型进行了校核。运用校核合格的模型模拟了管网现阶段压力、流速运行状况,并针对服务区域低压区、低速区分析了现阶段管网可能产生的问题,提供了改建的建议。结果表明,给水管网水力模型的建立能为供水企业相关的调度管理工作提供技术参考。     

Experimental Investigations of the Flow Field Structure and Interactions between Sectors of a Double-Swirl Low-Emission Combustor

In this paper,the flow field characteristics of a double-swirl low-emission combustor were analyzed by using Particle Imaging Velocimetry(PIV)technology in an optical three-sector combustor test rig.The interactions between sectors and the flow field structure were explained.The results illustrated that there was a big difference between the flow field structures of the middle sector and the side sector under the same pressure drop,which was mainly induced by the interactions between sectors.The interactions made the swirl intensity of the middle sector weaker than that of the side sector,which made the recirculation zone of the middle sector be smaller than that of the side sector.With the increase of swirler pressure drop,the jet velocity at the exit of the swirler,the jet expansion angle,the width of the recirculation zone and the recirculating speed of the central axis became larger,enhancing the interactions between air streams from middle sector and side sector.The flow velocity in the central plane between sectors was small,especially the radial velocity,mainly because of the loss of the swirl intensity by the interactions between flow field of adjacent sectors.The expansion angle determined the position of the vortex in the primary recirculation zone;the axial and radial position of the vortex move downstream and radial outward with the increase of the jet expansion angle.The results of the mechanism of flow field organization in this study can be used to support the design of new low-emission combustor.