管道几何参数对双向水流整流装置性能的影响

双向水流整流装置的几何参数会对其性能产生较大影响,进而影响整个发电装置的性能。为提高双向水流的能量利用率,以水流流速与叶片获得速度的平均流速比作为衡量双向水流整流装置性能的指标,通过数值仿真,对装置的内外转角半径以及出入口过渡段长度进行优化,研究提高水轮机叶片获得功率的方法。研究与仿真分析表明,当双向水流整流装置上下管道内外转角半径相等且均为2倍管道直径,以及当双向水流整流装置上下管道内外转角半径分别为1.5倍管道直径和2倍管道直径时,可以获得较好的工作性能;当双向水流整流装置出入口过渡段长度为0.4倍管道直径时,也有利于改善双向水流整流装置的性能。     

无压引水洞岔洞水力模型试验及仿真分析

无压隧洞充水过程水流呈现瞬变流特性,岔洞段流态复杂。对无压隧洞卜型岔洞充水过程进行了室内物理模型试验和CFD计算机仿真,试验采用正态模型,数值计算采用标准 湍流模型;研究了闸门不同开度下分水口及闸室段水流流速、压力分布特征和流态变化规律;将模型试验数据和数值仿真计算结果进行了对比分析,给出了充水过程中不同时刻闸前后水面线变化规律,满足分流比的闸门开度组合形式和优化后的岔洞口体型。     

淹没出流型漩流竖井泄洪洞新型连接型式及水力特性研究

针对本文提出的一种新型淹没出流型漩流竖井泄洪洞开展模型试验研究,实现了在下游高水位情况下,旋流竖井高掺气水流通过导流洞时由无压向有压的平稳过渡衔接。通过在导流洞底部合适位置上设置挡坎、顶部设置排气孔和压坡等技术手段,先使水流在有限长度内剧烈混掺消能,其后通过挡坎和压坡的共同作用促使逸出的多余气体通过排气孔顺利排出。试验明确了各个流段不同的水流流态、功能及分区依据,并提出了相应的体型优化设计原则。试验结果表明导流洞内前半段为掺气水流,后半段基本上为清水状态,消能区冲击动压及脉动压力均方根最大值分别为150kPa和89kPa,总消能率能达到85%。为导流洞改建泄洪洞技术领域提供了一条新途径。     

泄漏孔形状对泄漏特性的影响分析

为研究输气管道微泄漏不同泄漏孔形状的流场特性,建立不同泄漏孔形状仿真模型。基于计算流体力学理论分别计算不同形状泄漏孔在相同工况下的流场分布,分析微泄漏圆形泄漏孔的流场特性;将不同形状泄漏孔的流场计算结果进行对比,分析其流场参数变化规律。研究结果表明:泄漏孔形状越接近圆形,泄漏时气体压力下降越快,流速越大,且在泄漏孔和管道连接处梯度最大;气体进入泄漏孔后压力快速减小,流速急剧增加,在泄漏孔缩颈位置处产生涡流,最后以超音速流出泄漏孔。     

考虑气相压缩性的高压密相气力输送数值模拟

为研究在高压密相气力输送过程中输送气体的可压缩性对输送管道中气固两相流动特性的影响,建立了考虑气体可压缩性的多相流模型,并应用该模型将可压缩工况与不可压缩工况进行对比。结果表明:相对于不可压缩气固两相流模型而言,可压缩气固两相流模型增加了管道中心两相速度和管壁附近的两相脉动速度,导致流动的扰动性增强。     

抽水蓄能电站回水排气系统流场数值模拟

为研究抽水蓄能电站回水排气系统流场变化,基于SIMPLEC算法和Realizable k-ε湍流模型,对电站回水排气系统进行三维数值模拟,分析不同总管管径下排气系统排气过程中速度场、压力场的变化。结果表明,总管管径变化时对支管内的气体流场变化较小,总管上气体的压力、速度都随着管径的增加而逐渐降低;总管管径从250mm增加到400mm时,管道内流量逐渐增加,管道流量从16.79kg/s逐渐增加到20.72kg/s,而管道内流速急剧降低,管内流速从215.99m/s降为112.37m/s;在管道交叉处,当总管直径较小时,气体进入总管时受总管管壁的约束作用比较大,气体对管壁的冲击力较小,随着总管直径的增加,气体对总管的撞击力迅速增加,气体流动更加复杂。随着管径的增加,支管截面plane1上的气体速度随着管径的增加呈现先增加后减小的趋势,最大流速出现在管径为300mm的工况下,为284.2m/s;支管与总管交叉处截面plane2上气体速度变化较小,最大流速出现在350mm工况下,为310.8m/s;总管截面plane3上气体速度变化逐渐增加,最高流速为362.3m/s,出现在管径为400mm的...     

浅水域的高频宽带 ADCP 系统

浅水域测流可以促进防洪灌溉等水利工程的发展。宽带多普勒剖面流速仪(acoustic Doppler current profiler, ADCP)可以精确监测水域的流层流速信息。应用于浅水域测流的宽带ADCP在较窄流层内不容易达到较好的速度精度,同时窄流层内容易受到局部湍流干扰。针对上述问题,本文提出了基于η准则的解算结果最优值检索方式,优化了局部相关性评估方法,完成了基于片上系统(system on chip, SoC)的ADCP系统的设计;用声束-流速夹角产生的径向流速进一步验证了算法的效果;并完成了室外航船实验。在较窄的径向层厚(6.3 cm)、伴有湍流干扰时,应用提出的方法后可以将速度精密度提高37%,准确度提高77%,低信噪比时能分别提高66%和72%;根据测速值计算的角度与设定角度的误差为3.06°,应用提出的方法处理后误差降为2.60°;根据测量速度的误差关系求得的角度误差可达0.6°;平静湖泊航船实验中,系统解算标准差最小仅1 mm/s,层间流速误差仅为1 mm/s,接近理论流速分布。     

地下电力电缆群敷设水冷管道模型的研究

随着城市用电负荷需求的日益增大,采取适当的措施提高电缆群的载流能力有重要研究意义。文中主要研究了在电缆群中敷设水冷管道这种增容方式,即水冷管道中对流换热带走电缆群产生的热量,使得电缆群区域降温,从而提高电缆群载流量。首先建立电缆群敷设水冷管道模型,然后对水流体的流动因素进行有限元分析,并计算载流量,从而验证这种方法对提升电缆载流量的效果。通过Ansys仿真计算的结果数据可知,对于水冷管道模型,水流温度及流速是影响电缆群载流量提升效果的主因,其改善电缆群的散热效果。电缆群载流量的提高可达28%。     

火力发电厂循环供水系统的水锤现象及防护

在循环供水系统及长距离供水系统中,管道内的水流速度由于某种原因发生急剧变化或运行中的水泵动力突然中断,将引起水流量的急剧变化,常常导致水柱分离现象的出现,分离的水柱弥合时往往造成巨大的冲击波,从而使管道中的水流产生一个相应的冲量,冲量变化速率越大,这一冲量产生的冲击力也越大,该力作用在水泵部件以及管道及其附件上有如锤击,这就是水锤现象.火力发电厂冷却水系统一般采用直流供水系统和二次循环供水系统.2种供水系统都存在着在停泵、事故断电停泵及出口阀门事故情况下的水锤现象.如果在管道系统及泵出口不采取有效的防护措施,往往会对水泵及系统设备产生损坏,造成供水系统故障、影响电厂的安全可靠运行.     

有限长淹没植被对水动力特性影响研究

水流流经二维淹没植被主要阶段可分为:上游调整阶段、初始调整阶段、混合层发展阶段、边界层发展阶段和出流区阶段。当植被长度有限,远小于水流充分发展所需的植被长度时,植被对水动力特性影响的重点区域转移到植被下游。因此有必要对有限长淹没植被对水动力特性的影响进行探讨。本文基于试验数据分析了有限长淹没植被对流速、紊动强度和雷诺应力的影响,利用植被层平均流速发展模型对植被出流流速进行了估算,同时利用剪切层线性发展理论对植被下游流速恢复长度LR进行了分析。结果发现,相同长度时,较密植被对应的流速恢复长度较小,下游雷诺应力和紊动能的最大值较大。最大雷诺应力位置Lm与流速恢复长度LR基本相等。相同密度时,较长植被对应的流速恢复长度较小,下游紊动能和雷诺应力最大值较大。最后,利用有限长淹没植被的水动力学特性研究成果对防护林设计进行了探讨分析。     

弯管内水煤浆流动阻力的数值实验研究

结合管流法和旋转粘度计法对神华煤水煤浆进行了流变特性测量,得出符合屈服-幂律流体模型的水煤浆流变方程.利用CFD软件平台建立了水煤浆90°弯管的流动模型,通过计算值与实验值的比较,验证了计算模型的正确性.运用正确的计算模型对水煤浆流经弯管的局部阻力系数进行了多变量数值模拟实验,得出了弯管工程设计中最佳弯径比与流速的关系,总结出适合工程应用的水煤浆流经较小弯径比时的局部阻力系数的经验公式.且弯管内最大速度点随弯径比的增大往弯管外侧移动;随弯径比或弯曲角度的增大,弯管内的速度场趋于一致.     

缓变曲线改善120°弯道水沙运动的三维数值模拟

人工河道的弯道段大多曲率单一,水流动力轴线的曲率与弯道曲率难以匹配,导致了流固分离和弯道二次流的产生。针对弯道曲率突变问题,引入两种插有缓变曲线的弯道形式,研究缓变曲线对120°弯道水沙特性的影响和流态的改善。运用MIKE 3水动力模型和泥沙输移模型对单曲线弯道、缓圆缓弯道和对称凸弯道进行数值模拟,对比分析不同弯道型式在冲刷和定床两种工况下的近底流速、水面横比降和超高、弯道环流和河床冲淤变形。研究结果表明：插有缓变曲线的两种弯道可以遏制弯道中水体湍动的发展,改善120°弯道水流的流态,能够有效减小弯道凹岸冲刷、凸岸淤积的现象,缓解河床的冲淤变形。     

流态化风水联合冷渣器冷态空气流场数值模拟研究

循环流化床锅炉排渣用风水联合冷渣器内的供风流动特性对于冷渣器能否正常排渣具有至关重要的作用。依据冷态试验台试验数据,采用数值模拟计算方法,综合分析、对比、总结了风水联合冷渣器内空气流场的速度、压力等参数的分布及变化规律。结果表明,数值模拟计算结果与试验测量值符合很好,准确地模拟了冷渣器内空气速度场的分布情况。同时也给出了冷渣器内流场的速度矢量分布、速度大小分布及压力分布规律,并对流场内的空气流动特性进行了分析。     

曝气池曝气管布置方式对流速分布影响的数值模拟研究

曝气池是活性污泥法污水处理工艺的核心设备,探明曝气池内的流场结构旨在提高其氧转移效率和污水处理效率。采用欧拉-欧拉多相流模型和标准k-ε紊流模型(FLUENT 6.3)对一典型的推流式曝气池进行了数值模拟研究,通过分析曝气管分别布置在曝气池一侧和曝气池中间时池内的流速分布规律,比较各特征断面的流速不均匀系数和气液两相之间的速度差,发现当曝气管布置在一侧时池内流速更加均匀,气液两相之间的速度差值更小,有利于曝气池内气液两相的稳定混掺;通过分析比较不同时刻曝气管中心纵向断面的气相体积分数分布图,得出当曝气管布置在一侧时气相体积分数分布均匀。流场结构与气相体积分数分布规律皆有利于气液两相之间发生氧传质,从而提高氧气利用率,并减少能耗。研究成果可为污水处理工程设计优化提供一定参考。     

某新型隐极同步电动机流场计算与分析

为了得到某变频调速隐极同步电机对应的通风结构内流体流动与传热的特点,建立1/8整机结构的三维流场物理模型,基于计算流体动力学原理,采用有限体积法对流体场控制方程进行数值模拟,可以得到电机内不同通风段各通道内空气流量、速度和压力分布特点。结果表明,转子端部采用弧段进风、直段补风布置时,在转速分别为3 120 r/min、4 800 r/min时,进入定、转子的风量分配比率并无明显变化,风路最长的槽弧段绕组内冷风量最少,应注意该处绕组温度是否超温。为电机设计通风系统提供参考。     

多喷嘴汽-液两相喷射器的工作特性研究

对以湿蒸汽为工作流体的多喷嘴汽–液喷射器机制进行研究,利用质量、能量及动量守恒方程建立了喷射器工作特性一维理论模型。模型求解过程中,采用两相临界流均相平衡模型计算单喷射蒸汽喷嘴的临界流速,并利用多喷射速度系数对其修正,得到多喷射蒸汽喷嘴的出口速度;综合考虑Cattadori的壁面力和Howard的喉部压损理论对流动的影响来确定混合室阻力。为验证模型的正确性,设计以湿蒸汽为工作蒸汽的实验台,并采用多喷嘴喷射器作为实验元件。研究结果表明:容积喷射系数随压力比的增大而减小,且增大喷射器的截面比可使容积喷射系数增加,但缩小了喷射器的工作范围;容积喷射系数随蒸汽干度的增大和过冷水温度的升高而减小。理论计算结果与实验值基本相符。     

1GW单炉膛单切圆塔式锅炉炉内流场特性研究

采用计算流体力学软件FLUENT,选用Reynolds应力湍流模型和欧拉多相流模型,对国产首台1GW单切圆单炉膛塔式锅炉炉内的煤粉空气两相流动过程进行了数值模拟,得出了炉内各截面的速度场、假想切圆直径、浓度场、压力场及湍流动能k、湍流耗散率ε和湍流集中度Ι的分布.结果表明,颗粒呈螺旋上升趋势和螺旋沉降趋势,形成“W/M...     

基于电磁-热-流耦合场的非开挖敷设方案的海底电缆载流量计算

海底电缆在登陆处采用非开挖敷设方式时,由于埋深较大、管道内散热较差,该敷设段成为整个海底电缆载流量的瓶颈点,为此搭建基于电磁场、流体场和热场3物理场的耦合模型,计算对比不同敷设方式下海底电缆载流量的受影响情况。首先借助于Comsol软件建立了电磁-热-流耦合物理场的有限元模型,将电磁场、温度场及管道内的空气流速场耦合求解,得到给定负荷电流下的温度分布和管内空气流速分布特性;继而以广东某地2个回路220 kV 3芯交联聚乙烯(polyethlene,PE)绝缘3×500 mm^2海底电缆为例,分析计算海底电缆在水泥顶管和定向钻PE排管2种情况下的载流量。结果表明:采用水泥顶管敷设方案时能满足工程输送容量的要求,而采用PE排管敷设方案的载流量略低于额定值;另外可通过改变管道材质、管道内充水达到提升非开挖敷设方式下海底电缆载流量的效果。     

气力输送管道的变径设计

介绍气力输送管道的变径设计方法和变径管道气力输送试验中压损、料气比、物料质量流量等间的关系。采用变径管道可以有效地降低输送管道中的气速,进而降低能耗。     

曝气池内气泡羽流附壁效应的试验研究

曝气池中气泡羽流在边墙附近的流动特征对污水处理效果的影响至关重要。为了探明曝气池中气泡羽流在附壁效应（Coanda效应）下的偏移规律,在配置有橡胶膜式微孔曝气盘的大型蓄水池中进行了曝气池模型试验。试验中利用针式掺气浓度仪测量得到不同工况下气泡羽流的气含率分布,进而分析得到气泡羽流的倾斜程度。试验结果表明,气泡羽流的倾斜程度主要受曝气盘距边壁的距离以及通气量影响,而与水深的相关关系并不显著。采用量纲分析方法,建立了曝气盘到边壁的距离和通气量对气泡羽流倾斜影响的数学模型。