超空化水翼流场的DPIV实验研究

该文采用DPIV粒子成像测速系统对绕2D超空化水翼(Tulin翼)的空化流场进行了测量,研究了初生空化阶段,附着型片状空化阶段,空化云以及超空化四个阶段典型流场的速度分布及涡量分布。实验结果表明:在空化发展的四个阶段,相对于主流区域,空化流区域速度明显偏小;在整个流动区域,有两个速度梯度较大的区域,一个是空化区和水体主流区的交界面,一个是翼形表面的边界层区域。在空化发展的四个阶段邻近翼型尾部处均会产生一个大小近似相等的正向涡和一个反向涡,并且正向涡总是处于反向涡的下方,形成一组正向对涡。     

明渠流淹没丁坝周围流场特性的实验

为了研究淹没丁坝对水流的影响,对单丁坝周围水流结构进行了定床实验研究,采用粒子图像测速技术(particle image velocimetry,PIV),获得了丁坝周围水流的流速信息,从多方面对水流结构进行分析,在此基础上分析了淹没丁坝的绕流机理。结果表明,淹没丁坝周围的水流结构具有强三维非恒定特性,在瞬时流场下,丁坝后的尾流紊动强烈,丁坝坝头和坝顶是涡旋的发源地,在坝后流速梯度较大的区域,紊动强度值和平均涡量值均偏大。     

HABR架设不同填料对液相流态影响的PIV实验研究

在复合式厌氧折流板反应器(HABR)架设不同填料和不同进水流量组合的工况下,利用激光粒子图像测速技术(PIV)对HABR的第一格室液相流态进行了研究,测得反应器内升流区关键截面的流场数据,获得了架设不同填料的液相速度、涡量强度与流量的关系曲线;同时研究了相关流场特征,包括速度矢量图、流线图谱和涡量场。结果表明:对于HABR,合理的选择填料类型可以保证良好的进水流态,有效地防止局部沟流和污泥流失,确保HABR高效稳定运行。在本实验条件下,得出在反应器填充悬浮球填料时,反应器整体流态最佳。     

悬移质运动中水沙两相流的流场测量技术研究综述

在对近年来流速测量技术的发展历程进行回顾的基础上,着重介绍了激光技术、超声波技术、计算机技术及数字图像处理技术等先进技术在流速测量中的应用及发展,详细分析了悬移质运动中水沙两相流流场测量技术的现状及存在问题,指出综合运用激光诱导荧光技术与粒子跟踪测速技术是实现水沙两相流流场同步测量的一种新途径。     

曝气池中气液两相流速度场分布的实验研究与数值模拟

气液两相流广泛存在于水利工程、废水处理等领域,其在气液装置中的流型流态及速度场分布可直接影响装置运行效能。本文采用实验研究与数值模拟相结合的方法,对圆柱形气液装置进行PIV实验,获得了准确的气液两相流气相速度场分布;在充分考虑湍流、曳力、升力、湍流分散力等作用下,采用欧拉-欧拉双流体模型和气泡群平衡模型对气液两相流流场进行了数值模拟,并将模拟结果与实验结果进行验证,所得结果误差控制在10%左右。结果表明,本文提出的模拟方法在气液两相流模拟中能够得到较准确的两相流动规律和速度场分布情况。     

喷水推进器数值模拟所需流场控制体的研究

首先,采用CFD方法对喷水推进器进行性能预报与分析,通过数值计算结果与厂商提供数据的对比,表明所用方法和建立的数值模型是可信的.然后,主要研究流场控制体大小对喷水推进器性能预报的影响,即分别从深度、宽度和长度三个维度对喷水推进器CFD模拟所需流场控制体进行调整,对比分析对计算结果的影响.通过分析流量、功率和推力等外特性指标与内部流场速度等物理量的分布,最终确定喷水推进器性能数值预报所需流场控制体的大小.     

基于水模拟回风流场的PIV测试粒子跟随性研究

根据相似理论,选择某大空间建筑,以1∶15的缩尺比例搭建液态水模型实验台,研究实际大空间下送中回分层空调建筑中部回风汇流流场特性。选取粒径10~100μm聚苯乙烯示踪粒子,以盐水溶液为流体介质,分析计算其示踪模型回风汇流区域速度不均匀流场的准确性。结果表明:当粒子与流体的密度比σ1.0时,粒子粒径越小,速度幅值比η越小,数值越接近1,示踪粒子跟随性越好;当粒子与流体的密度比σ1.0时,获得的流场信息越能真实地反映实际流场特性。利用粒子图像测速技术PIV获得模型回风汇流区域流场速度矢量信息及其流线图。实验结果表明:在实验特定条件下,规定的汇流区域内示踪粒子几乎不受沉降速度Ug影响且延迟速度Us较小,说明粒子跟随性较好。     

基于改进PIV技术的库区滑坡涌浪试验研究

针对滑坡涌浪试验中内部运动场数据缺乏的问题,采用改进的粒子图像测速技术搭建滑坡涌浪试验平台,选取理想黏塑性材料卡波普作为滑坡材料,通过示踪粒子荧光染色技术对滑坡体和水体两相进行区分,实现了两相内部流态的同步观测,并解析出相应的速度场矢量图,进而基于速度场数据计算了入水滑坡体质量和平均速度的变化曲线,并分析了两相耦合过程中的动量变化过程线。研究结果表明滑坡和水体两相的动量变化趋势与滑坡体入水动量具有较高的相关性,可为两相耦合的动量转换机理理论研究提供更加复杂、多元的数据支撑。     

稀疏气泡流动的粒子跟踪测速技术研究

采用动态阈值技术实现了对气泡图像的正确分割,利用灰度加权方法提高了气泡颗粒的定位精度。根据稀疏气泡流动图像的特点,提出了一种新的基于相关的粒子跟踪测速算法（2-HPTV）。通过进行两时刻中围绕待研究气泡所取的两个小的诊断窗口的相关运算,成功实现了气泡颗粒的轨迹追踪。实验表明本文算法较传统的PIV技术在测速精度上有很大程度的提高,与4帧粒子跟踪测速算法相比,降低了对摄像机帧频的要求,具有较强的实用性。     

基于PIV测量技术的变曝气量下气液两相流速度场研究

粒子图像测速技术(PIV)作为一种无扰的全流场速度测量手段,在多相流研究领域具有较高的学术意义和实用价值。本研究针对曝气过程中的复杂气液两相流动,使用高速摄影机获取气液两相流流场的高帧图像,再通过图像预处理手段及PIV测速算法得到气液两相流速度场信息,并对不同工况下气液两相流的流态流速规律进行了研究分析。本文提出的图像预处理方案,通过采用图像的运动目标分割、降噪与反相等手段进行图像预处理,可以有效地减少后续速度场计算中的信息量及误差。研究结果为工业生产过程中有效提高曝气效率提供了重要的参考依据。     

空中自由射流断面含水浓度分布规律研究

本文应用水相紊动扩散方程和自模性理论对二维及三维空中自由射流的断面含水浓度分布进行了理论探讨，并提出了计算公式，计算结果与实测资料吻合良好。     

Air flow inside a vertical pipe induced by a free-falling water jet

The air flow induced by a water jet freely falling inside a vertical pipe with its top and bottom both open to the atmosphere was investigated experimentally and numerically. In the experiments, the radial air velocity distribution and the air pressure variation along the vertical pipe were measured. The air drag of the falling water jet was related to the jet surface disturbance and analyzed by introducing the equivalent friction factor. A predictive model was developed for the air flow inside a 3-m-high pipe based on the momentum equation and its results compared well with the experimental measurements. Numerical simulations were also conducted by approximating the free-falling water jet as a continuous moving solid with diameter and velocity varying in the direction of motion. The effects of pipe size on the air velocity profile and the induced air flow rate were examined. The simulation results showed that the streamwise air velocity profiles inside pipes of different sizes approached the same after a certain traveling distance. The maximum induced air flow rate was found at the pipe diameter of about 20 times of initial water jet diameter.     

倾斜水射流冲击移动平板的流动分析

该文采用雷诺应力湍流模型(RSM)和Simplec算法对倾斜冲击淹没射流下移动平板表面的流动特性进行数值分析,得到了不同入口雷诺数、入射角度和不同平板移动速度下平板表面流场的流函数分布和平板近壁面湍动能分布。研究结果表明,斜射流下冲击点下坡侧产生了旋涡区,此旋涡随板速的提高而被压缩,其中心逐渐向射流中心区靠近。此外,相同条件下滞止点处的近壁湍动能最大,湍动能峰值位置随平板的移动而同向移动,并随入射角的降低而远离射流的几何中心。     

有压输水系统中用射流冲沙的系列模型试验研究

射流冲沙是解决有压输水系统中局部泥沙淤积问题的一种方法，为确定射流冲沙的主要参数和冲沙效果，进行了几何比尺分别为1∶25及1∶12.5的系列泥沙模型试验。通过试验发现冲沙效果和射流动能ρQV2有关，且通过系列比尺模型试验，得出射流冲沙的临界判别条件是保持动能为某一临界值，通过进一步分析还得出射流能量中能转化为水流紊动能量的百分比。通过算例给出了有压输水系统中计算射流冲沙参数的方法。     

单股窄薄片状射流入射水垫塘流场数值模拟研究

表孔宽尾墩-深孔窄缝挑坎联合泄洪形成的窄薄片状交错射流消能是一种新型消能型式。采用RNG k—ε紊流模型和VOF法结合溪洛渡双曲拱坝反拱形水垫塘对单股窄薄片状射流入射水垫塘的非定常流场进行了三维数值模拟。全面细致的分析讨论了单股窄薄片状射流进入消力池后的水流结构与消能机理,为进一步深入研究多股多层窄薄片状射流和该种新型消能型式的应用奠定基础。     

基于SPH方法挑流水舌的数值模拟研究

以数值模拟挑流水舌的运动特性为目标,采用光滑粒子动力学方法,根据水气两相流的运动规律,建立掺气水舌的SPH数学模型,根据空气阻力的作用特性和自由表面判据,得到了空气阻力的计算关系式,提出了掺气水舌的SPH数值解法。针对桓仁水电站泄洪雾化,进行了掺气水舌的SPH数学模型实例研究,所得到的光滑粒子运动图像刻画了挑流水舌与空气的相互作用,模拟了挑流水舌的掺气过程,并得到了掺气水舌的厚度和速度随其曲线长度的变化关系。结果表明,桓仁水电站挑流水舌的外缘挑距模拟值为82.2 m,原型观测数据为80.2 m,计算误差为2.49%。掺气水舌的挑距模拟值与其原观值基本一致,证明了掺气水舌SPH数学模型模拟挑流水舌运动的有效性和可靠性。     

蒸发冷却系统循环水旋流除沙的实验研究

本文开展了以低水耗为目标的水力旋流除沙研究。其技术方案是在底部集水盘的排污口附近建立一个带水力旋流器的除沙旁路,在直径为Φ50mm的水力旋流器上采用非常规的1~4mm的小口径底流管排沙,溢流仍然回到底部集水盘,并根据底部集水盘的积沙情况间歇运行。实验研究了在其它结构参数和操作参数都在常规范围内且保持不变的条件下,不同底流口径与底流分流比及底流产率的关系。结果表明:当底流口径在2 mm附近时,同时达到最小的底流分流比和最大的底流产率,说明存在一个最佳的节水除沙底流口径;在该口径下,对实验台容积为68.7L的进料池循环运行30 min,除沙率可达90%,耗水量仅占进料池总水量的1.75%,达到了节水除沙的目的。     

动网格技术数值模拟挑流冲刷过程

实际挑流泄洪消能时冲坑及堆丘的形成是一动态过程，已有对挑流冲刷的数值模拟多考虑平衡冲刷坑情况，本文采用动网格技术模拟挑流冲刷的时因河床边界变化引起的流场变化过程，控制方程组由非正交同位网格有限体积法求解，计算结果表明，本文方法是有效的，正确地反映了挑流冲刷过程中流场结构衣速度，压力等参数的变化。     

深水垫情况下水垫塘淹没射流特征分析

本文基于自由射流扩散规律的研究成果,在对常规水垫塘内水流流态进行分析研究的基础上,结合模型试验成果对深水垫情况下水垫塘内水流流态进行了分析,对淹没射流特征进行了研究。研究结果认为,深水垫情况下的水垫塘内水流流态的规律性比较明显,淹没冲击射流流态与淹没水跃流态平顺衔接过渡,总体上可认为是一种射流流态,符合射流的线性扩散规律。     

Formation of spray cone of free jet during ejection of convoluted flow to the atmosphere

When a convoluted flow is ejected to the atmosphere through a jet-directing deflector with a scarf in the discharge section, a spray cone in a type of fan jet is formed in the air.