水平轴潮流能水轮机叶片变桨角度研究

利用Flow-3D软件建立了单桩型水平轴潮流能发电机的三维数值模型。采用该模型对不同叶片变桨角度时的水动力过程进行了模拟计算,并根据计算结果从叶轮转速、叶轮动能、叶轮受力、水位和流速变化的角度进行了分析和讨论。数值模拟结果表明：当叶片变桨角度增大时,来流方向的叶轮受力和叶轮动能也都随之增大;变桨角度对于与来流垂直的y和z方向的叶轮受力影响较小;叶片变桨角度越大、水轮机下游附近流速降低的越快,流速就越小,而在水轮机下游较远处,叶片变桨角度越大,尾流场恢复得越快,其流速也越大。     

隔舌安放角对离心泵的水动力特性影响研究

为了研究螺旋形蜗壳内部流动规律以及不同隔舌安放角对离心泵内部流动特性的影响,基于ANSYSCFX14.5对5种不同隔舌安放角的离心泵模型进行了定常与非定常计算和数据分析,并对离心泵的水力特性进行了实验验证。分析结果表明,随着隔舌安放角的增大,离心泵的高效区明显加宽,但是设计工况附近的水力性能稍有下降,其中在大流量区域,隔舌安放角的作用比较明显;隔舌安放角的不同主要对非设计工况下离心泵内部流体流态影响较大,其中在小流量工况时,随着隔舌安放角的变小,叶轮各流道内的流体流态分布的对称性明显改善,在大流量工况下,随着蜗壳隔舌安放角的减小,蜗壳出口段垂直截面方向的速度梯度变大;隔舌安放角的不同对叶轮所受径向力的影响很小,不同隔舌安放角的离心泵所对应的径向力分布规律几乎一致。     

侧向水流作用下均匀沙休止角变化的试验研究

散体沙动水休止角是表征沙丘、沙洲等散体沙堆积体稳定形态的重要特征参数,在岸坡稳定分析、坝前冲刷漏斗形态研究中有着广泛的应用。采用室内试验的方法研究了侧向水流作用下不同粒径天然均匀散体沙水下休止角的变化规律。结果表明:在水流流速超过泥沙颗粒起动流速后,天然散体沙水下休止角随流速增大而减小,且减小的速度随着流速的进一步增加而更加迅速;相同流速条件下,粗颗粒泥沙的水下休止角大于细颗粒,其对流速变化的敏感度也低于细颗粒。基于侧向水流边坡上泥沙颗粒的受力分析,引入相对流速概念,初步建立了侧向水流作用下均匀散体沙动水休止角计算公式及其简化形式。     

双向潜水贯流泵装置内流及水力性能分析

为明晰双向运行时潜水贯流泵装置的内流特征及水力性能,采用数值模拟技术对双向潜水贯流泵装置进行全流道计算,通过模型试验验证数值计算的有效性。结果表明：在叶轮的叶片安放角0°、双侧可调导叶的叶片调节角0°且灯泡体位于内河侧时,泵装置在排涝工况时最高效率为59.29%,引水工况时泵装置最高效率为58.41%;双向运行各流量工况时,叶轮进水侧的过流结构内部流线均平顺流态较好,叶轮出流侧的过流结构内部流态相对紊乱;在双向运行时,直管式流道的出口面轴向速度分布均匀度均大于92%,速度加权平均角均大于89°,直管式进水流道为叶轮提供良好的入流速度分布;在高效工况时,泵装置出水流道进口的偏流角均低于导叶体出口;叶轮所受的轴向力均随着流量的增大而减小。研究成果为双向潜水贯流泵装置的结构优化提供了一定的参考价值。     

临界区雷诺数下翼型流场电磁力控制的脱体涡模拟

利用Maxwell方程直接数值计算表面包覆电极与磁极翼型产生的三维Lorentz力分布,将其加入到流体控制方程的动量方程中,采用脱体涡模拟方法对临界区雷诺数下受Lorentz力作用下翼型绕流场进行数值模拟,研究分析了电磁力作用系数和攻角对翼型绕流场结构及其升阻力系数的影响机理和规律。结果表明,Lorentz力可以有效地改善翼型周围的流场结构,达到减阻、增升、消涡以及延缓和抑制其失速的目的,因此是翼型的一种有效流动控制手段。     

先导活塞式泄压阀的运动规律

先导活塞式泄压阀是一种新型的防水击危害的安全阀,但理论研究尚不成熟。本文系统地考虑了影响先导活塞式泄压阀运动的各方面因素,包括水压力、运动部件的重力、弹簧力、活塞环摩阻力和渗漏等,基于结构运动力学和水力学原理,得到了主阀启闭速度与液压传动系统流量的函数关系,建立了描述主阀启闭速度与时间关系的运动方程。然后,通过对主阀关闭运动方程的解析,修正了现有活塞渗漏流量的计算公式,提出了合理选择活塞直径与主阀瓣直径以减小水压变化对关闭过程影响的方法,进而解析得出主阀关闭速度、行程、关闭时间的计算公式。最后,通过数值实例检验了解析式的准确性,并计算分析了一些关键参数对泄压阀开启和关闭的影响。本文主阀运动规律也适用于活塞式压力波动预止阀。     

FINITE ELEMENT ANALYSIS OF THE FLOW INDUCED BY ROTATING BLADES IN AN INCOMPRESSIBLE VISCOUS FLUID

Aerodynamic loads on a multi-bladed helicopter rotor in hovering flight were calculated by solving the three-dimensional incompressible Navier-Stokes equations. The rotor wake effects were accounted by the correction of local geometric angle of attack according to a free-wake modeling in addition to an empirical modification for the tip flow effect. The validity and efficiency of the present method were verified by the comparisons between numerical results and experimental data.     

块石形状尺寸对水平拖曳力系数影响的数值模拟

水平拖曳力系数是研究黄河坝垛水下散抛根石受水流作用的重要力学参数,而水流流速、根石尺寸和根石在水中的仰角对水平拖曳力系数有着不同程度的影响。基于试验数据,应用FLOW-3D数值模拟软件,采用RNG k-ε紊流模型、VOF方法和FAVOR技术模拟水下块体在水流作用下的水平拖曳力。在数值模拟结果验证可靠的前提下,分析块体不同尺寸及其与水流不同夹角对水平拖曳力系数的影响。数值模拟结果表明:当长高比小于等于3.0,水平拖曳力系数随块体长高比增大,先处于波动状态,随后趋于稳定;当长高比大于3.0,水平拖曳力系数随长高比增大而增大;水平拖曳力系数随块体宽高比增大而先增后减,最后保持稳定;水平拖曳力系数随着水流夹角角度增大而先减后增,当夹角为3°时出现最小值。     

EQS-3型桥测绞车测洪能力分析

使用EQS-3型桥测绞车,施测流量时,受水流冲击作用,悬索会产生一定的偏角,绞车需要配挂足够重量的铅鱼,才可以测得不同的水深和流速。对悬挂不同铅鱼,施测不同水深、流速情况下的水流总阻力及出现的偏角,进行了合理的分析,并提出了控制偏角的确定方法。通过对各项水流阻力所占比重分析,可知EQS-3桥测绞车完全能满足平原河道的测洪要求。     

挑流水舌挑距及其影响因素概述

在讨论水舌挑距计算式的基础上，全面分析了影响挑距计算的各种因素包括反弧鼻坎挑角、水舌出射角、流速系数、反弧水流坦化，反弧半径及空气阻力等，并给出了各种参数的选择方法。     

桩柱式围网单元网片在水流作用下的水动力特性研究

桩柱式围网养殖是新兴发展的一种生态型海洋养殖模式,主体由排桩和网片组成。围网网衣系统安全是决定围网工程安全的关键所在。该文基于集中质量点法和网目群化技术,通过计算机模拟研究了桩柱式围网单元网片在水流作用下的水动力特性,分析了水流流速和流向要素对围网单元网片的网线张力分布、节点偏移和系缚点受力特性的影响。研究结果表明,网线最大张力和节点最大偏移随流速和冲角的增大而增大;网线最大张力发生处,主要位于网片上下端的两侧位置,但当冲角较小时,网线最大张力出现在网片上下端的迎流一侧。节点最大偏移发生处,主要位于网片上下端的中间部位,且不随流速变化。桩柱系缚点受力上下两端大、中间小,流速和冲角对上下两端系缚点的受力影响较大,对中间系缚点的影响较小。上述研究结果指出了围网网片及桩柱系缚点的潜在危险位置,在进行围网设计时,需给予重点关注。该文研究结果可为新型浅海围网工程设计与安装提供重要参考。     

梯形凹角台阶式溢洪道水力特性

台阶式溢洪道中凹角水流的循环及能量交换是泄洪消能的关键因素之一,目前台阶式溢洪道的研究多集中在台阶的坡度、尺寸以及与宽尾墩等联合运用方面,鲜有对台阶凹角几何形状进行研究。通过水工模型试验和数值模拟计算,对传统三角形凹角台阶和新型梯形凹角台阶的流态、掺气浓度、压强、流速等水力特性进行研究,结果表明:梯形凹角台阶与三角形凹角台阶水流水力特性分布规律相同,但由于梯形凹角台阶改变了旋涡脱落的形状,漩涡脱落进入主流中,促进水流湍动,使得初始掺气点位置略微前移,增加主流区断面平均掺气浓度,提高虚拟底板处总压强波动强度,降低台阶沿程流速,有利于提高台阶抗空化空蚀能力和促进台阶消能。     

一种变角度导流装置的水动力设计

借鉴风力机扩散器原理,基于提高冲击式海浪发电装置的发电效率,设计了一种变角度导流装置。低流速情况下,由于导流罩原因,扩大了内部初始海流对叶轮的冲击力,增加海浪利用效率;在高流速条件下,通过变角度逐渐缩小进流口面积,防止内部叶轮超载工作。提取影响导流罩保护性能的因素,应用RNG湍流模型对3个主要因素进行分析,选取III级海浪流流速计算相关数值,最后通过模型试验对其性能进行验证。试验选取半径0.5 m叶轮,入口流速达到8.1 m/s时外部流体冲击叶轮的有效面积为0.058 m2,此情况下不足以启动叶轮。模型分析和验证结果均表明,加装变角度导流罩对叶轮有较明显的保护作用。     

双喷嘴摇臂式喷头喷洒水滴运动模拟与验证

本文以ZY-1(5.5mm×3.1mm)、ZY-2(7.0mm×3.1mm)双喷嘴摇臂式喷头为研究对象,利用喷洒水滴弹道轨迹运动模型分开模拟了喷头主、副喷嘴水滴的飞行轨迹,并将模拟值与实测值进行了比对,结果表明喷洒水滴飞行距离模拟值与实测值的总体分布趋势相近,尤其对于1.0~2.0mm水滴飞行距离的模拟值与实测值较为接近,模拟效果较好,但对于大直径水滴飞行距离的模拟尚存在较大差异。选择风速、喷头工作压力、流速系数、喷头安装高度、喷射仰角、空气温度作为主要因素进行喷洒水滴飞行轨迹敏感性分析,结果表明,对喷洒水滴飞行轨迹影响程度由大到小依次为流速系数、喷头工作压力、风速、然后是喷射仰角和喷头安装高度,受空气温度的影响最小。     

新型自由侧翻式拍门研究

结合传统拍门的研究方法,从理论上分析和研究了一种新型拍门即自由侧翻式拍门的运动规律和撞击力。主要内容包括:拍门的结构和工作原理、无水空翻时拍门的运动规律和撞击力、停泵闭门过程中拍门的运动规律和撞击力、拍门撞击力的求解方法、拍门的流态和水力损失分析等,得出一般拍门的运动方程和撞击力近似表达式,并结合百里洲泵站更新改造工程拍门改造实例进行计算。结果表明该新型拍门克服了传统拍门的缺陷,运行时阻力小、开启角度大、水流流态好,无需配套设备,造价低廉,安装与检修方便。     

倾角和压力对空气中微润管出流特性的影响

为探明倾角(微润管与水平面的夹角)和压力对空气中微润管出流特性的影响,确定微润管倾角和压力与比流量的关系,通过室内试验研究了不同铺设倾角(0°、30°、45°、60°、90°)及0°和90°倾角时不同压力水头条件下微润管的出流特性。结果表明:微润管出流规律符合达西定律,微润管比流量随压力水头的增大而增大,两者具有较好的线性关系;相同进水压力条件下,微润管比流量随倾角的增大而增大,与倾角正弦值呈线性关系,可将微润管倾角折算为等效水头;据此提出了包括倾角和压力的微润管比流量计算公式。研究成果为微润灌溉工程规划、设计提供基础依据。     

INVESTIGATION OF INFLUENCE OF WETTABILITY ON POISEUILLE FLOW VIA MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION

In this article, the influence of wettability on a liquid flow between two parallel plane walls were studied by using Non-Equilibrium Molecular Dynamics (NEMD) simulation. The wettability of the solid surfaces can be described as the contact angle. The liquid flow rate, the slip velocity and the slip length which are affected by the contact angle were investigated. The results show that the boundary condition at a microscopic level is different from a “no-slip” condition at a macroscopic level. There exits a slippage of a liquid flow for the hydrophobic boundary and an external force is needed to overcome threshold pressure for the hydrophilic boundary. And the orderly layered distributions of the liquid particles near the hydrophilic surface vary from a place near the hydrophobic surface. The study indicates that the surface wettability plays a significant role on possibilities of forming a viscous layer and the direct slip at the solid surface. The resistance of liquid flow can be decreased by changing the wettability of boundary surface.     

小底坡多道弯道急流水面线简易计算方法

明流泄洪管道弯道水流既受离心力的作用,同时也受冲击波的干扰,两种作用交织在一起,对水面线的计算产生一定影响。在分析这些因素的基础上提出了一种适用于水面线计算的简单方法,并通过试验对该方法的合理性予以验证。     

复线桥的巷道效应分析

针对两桥和三桥构成的复线桥,利用数学模型计算了不同桥间距和不同斜流交角情况下复线桥的水流流场,得到修建复线桥后通航净宽的减小值,提出计算净宽减小值的公式。结果表明桥洞长度及桥轴线法向与水流方向的夹角是影响巷道效应的主要因素。     

兼使水流转向的非对称窄缝挑坎

讨论了兼有水流转向功能的一级非对称直线边壁窄缝的设计方法与水力特性，两边墙转向角之差即为水流转向角，两边墙转角相等时出口水流的水深和佛汝德数也分别相等。按在窄缝出口前形成完整幅射流的条件，讨论了兼有转向功能的非对称曲线边墙窄缝的设计方法与水力特性。比较了六种体型(三种对称、三种非对称)窄缝在八种工况对泄槽底板的冲击压强，实测结果表明，非对称性越强冲击压强越小。