一种可调式增氧导流装置应用效果研究

介绍了一种应用在氧化沟工艺中的增氧导流装置。试验证明,该装置具有增强曝气设备对水体中的充氧能力,调整水体底边流速,防止活性污泥沉降。试验还表明,随着该装置浸没深度、安装角度及其与曝气装置的安装距离等参数的调整,水中溶解氧浓度和水流速度也相应发生变化。因此该装置可通过调整,来适应不同污水水量和水质条件,以使氧化沟始终处于良好的运行状态。     

活动式导流板导流效果研究

为优化导流装置设计并提供技术参数,采用水槽模型试验的方法对不同入水深度、不同入流角度下导流板的导流效果进行了分析.认为:导流板的入流角度以30°～60°为宜;入水深度比应为0.4～0.5.     

用于潮流能双向发电的导流装置性能研究

为解决受叶片翼型的影响而导致发电设备在一个潮流周期内平均效率下降的问题,提高发电设备总的输出功率,对一种可将潮流双向流动转换为单向流动的双向导流装置进行了研究分析。首先,建立了发电装置输出功率的数学模型,采用数值分析的方法研究了圆角半径对双向导流装置内部流场、阻力系数k、流速比以及水轮机输出功率的影响,随后进行水下拖拽试验,测试双向导流装置的实际效果。研究结果表明:当R<1.4 l时,增大过渡圆角半径有利于降低流动阻力损耗,改善流速分布不均的情况,提高双向导流装置的性能。在相同负载条件下,潮流流速为1 m/s时,加装双向导流装置后,负载上的平均电功率比裸叶片提高了79%。双向导流装置能够避免潮流反向带来的负面影响,显著提高发电设备在一个潮流周期内的平均输出功率。     

潜水搅拌器叶片安放角的性能

为研究潜水搅拌器在不同的叶片安放角度(-4°、-2°、0°、2°、4°)下对搅拌池内流场影响的差异,现分别对不同叶片安放角下的潜水搅拌器进行数值模拟并利用CFD后处理软件对所得的流场分析处理。根据数值模拟结果得出:在不同的叶片安放角下,潜水搅拌器流场的速度矢量图总体变化趋势一致且叶片安放角由-4°增大到4°,潜水搅拌器的搅拌效果越来越好;同时随着叶片安放角的增加,潜水搅拌器的轴功率、推力在不断地增大,叶片压力面的高压区也在逐渐地增大;相对于搅拌效果而言,在小转速下可以通过增大叶片安放角来增加潜水搅拌器的搅拌效果,在大转速下可以通过减小叶片安放角来控制潜水搅拌器的搅拌效果,以此达到有效节能的目的;为证明潜水搅拌器数值模拟结果的准确性,选取叶片安放角为0°时的情况进行了试验验证,为以后潜水搅拌器的研究提供一定的参考。     

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。     

导流板对大型斜式泵装置出水流道水力性能的影响

为消除大型斜式泵装置出水流道内存在的偏流及旋涡,该文以某泵站泵轴倾角为20°的斜式泵装置为研究对象,采用经过模型实验验证的数值模拟方法对斜式泵装置三维湍流流动情况进行了计算,根据斜式出水流道三维形体特征和流场计算结果分析了斜式出水流道内偏流及旋涡产生的原因,提出了采用导流板解决偏流问题的方法,并研究了导流板对斜式出水流道偏流系数、水头损失和旋涡范围的影响。结果表明:斜式泵装置出水流道内存在严重的偏流和旋涡问题,顺水流方向看,流道内的主流明显偏于左侧,同时在流道右侧下部出现了较大范围的旋涡区;斜式出水流道内的偏流是因进口的螺旋状水流作用在"S"形弯曲的流道中而导致的;在斜式出水流道"S"形弯曲段内设置导流板可有效消除流道进口水流的旋转,解决斜式出水流道的偏流问题,并消除了出水流道内的旋涡;随着导流板长度和数量的增加,斜式出水流道偏流系数逐渐减小而水头损失逐渐增大,导流板长度和数量需根据偏流系数、流道水头损失以及流场分布情况等综合确定。     

基于CFD的直线型导流罩加速性能研究

为了优化某种轴流式浪流发电机导流罩的加速性能,研究其主要的结构参数对加速性能的影响。采用数值模拟与实验设计相结合的方法,选取扩口段长度、中间段长度和开口张角为主要因素。选取L9(34)正交表,得到9组方案,在FLUENT中建立出不同结构参数的下的导流罩数值模型,以导流罩的增速性能为评价指标,对直线型导流罩进行正交试验。通过极差分析法,探索主要结构参数对其加速性能影响规律,得出对其加速性能影响的主次顺序,最终得出当扩口段长为1 000 mm、中间段长度为800 mm、开口张角为15°时为最优的参数组合。为轴流式浪流发电机的导流罩设计提供参考依据。     

一种水库导流排沙新方案的模型试验研究

我国水库泥沙淤积十分严重,水利工作者在水库排沙研究方面取得了许多骄人的成绩,但在小流量排沙方面研究较少。采用水工动床模型试验,通过对不同流量导流排沙效果的分析,证明小流量采用导流排沙方案的优势,为水库发生小流量时进行排沙提供了新思路,也为水库排沙提供了新方案。通过是否设导流墙的排沙试验分析,证明导流排沙及其它流量排沙时水深对冲沙的影响,并提出最佳冲刷时水深应<1 m;同时,通过对不同排沙流量的对比,提出了当发生不同流量时采用不同的排沙手段,可以达到最优的排沙效果。该模型试验研究成果为今后水库综合运用排沙方案提供了新思路,也为类似工程的实施提供了技术参考。     

基于水位流速法的矩形渠道流量自动检测系统

为了提高检测精度,实现水位、流量测量的自动化,减少人力的投入,研制了流量自动检测系统。该系统以水位—流速法为基本测流原理,将水位、流速检测技术与机械传动机构结合起来。整个系统选用低功耗的16位单片机MSP430F149为控制单元,采集到的水位和流速信号经过其内部的算法可得出流量值;而且还能控制x-y直角坐标机械传动装置,可在整个矩形断面范围内自动改变流速测杆的位置,使渠道流量的测量工作自动化程度高。试验结果表明:使用该系统检测矩形断面流量具有准确性和适用性,测量结果与采用明渠超声波流量计测得的流量值相比,相对误差在±4%以内。     

斜轴变桨轴流泵空化特性试验

为研究单机流量为50m3/s的新型斜轴轴流泵的空化特性,基于轴流泵试验平台,针对斜轴轴流泵开展不同叶片角度条件下的能量特性及内部流动特性分析,总结了该类泵空化现象的发生规律,确定了合理的设计参数与运行参数。结果表明:叶片角度及扬程与水泵空化性能密切相关,在高扬程或超低扬程运行时,水泵空化性能较差,易产生空化;可通过变桨技术,减小水泵叶片角度,从而改善空化性能,获取更优的运行稳定性。     

基于固液两相流模型的泥石流流速垂向分布研究

泥石流流速的垂向分布是泥石流运动理论中的核心问题之一。以固液两相流模型为基础,分析了泥石流中两相速度相等与不等条件下的本构关系和泥石流流速垂向分布的计算方法;在二维恒定均匀流的条件下,考虑两相之间的相互作用,推导层流和紊流流态下泥石流中液相和固相速度的垂向分布公式,并采用不饱和水石流的试验数据进行了验证。结果表明:泥石流两相之间的速度差异是描述两相之间相互作用的根本所在;泥石流固相浓度与本构关系中的模化参数均有关联,是流速垂向分布计算中的重要参量;基于两相流模型的泥石流流速垂向分布公式比现有公式更具普遍意义,且其计算结果能与试验数据较好吻合。     

明渠均匀流的摩阻流速及流速分布

在水槽系统上对明渠恒定均匀流进行了系列实验，利用实测流速资料，对明渠均匀流摩阻流速的各种方法（雷诺应力法、对数流速分布法、阻力平衡法等）的计算结果进行了对比，并分析了流速分布。结果表明：（1）利用阻力平衡法计算摩阻流速时应考虑边壁影响；（2）包含尾流函数的对数-尾流公式比单一对数公式可以更好的符合实测数据。用单一对数公式描述垂线流速分布时，应采用较小的Karman常数；（3）现有大量明渠均匀流实测资料中，用常用的Karman常数（x=0．4）时单一对数公式仍可以较好的表示全水深流速分布是因为采用了较大的摩阻流速。     

弱动力水流中粘性泥沙作用下水流流速沿垂线分布的试验研究

采用玻璃水槽试验的方法探讨了弱动力水流中粘性泥沙作用下水流在水流条件、含沙量及水质条件共同影响下,流速沿垂线的分布规律.结果表明:弱动力水流流速的垂线分布有其自身的特点,流量较大或含沙量较小时,都基本遵循对数分布规律;流量较小且含沙量足够大时,流速的垂线分布呈横向抛物线形,并出现明显的分层现象;此现象出现后,当含沙量较大、流量减小,或流量较小、含沙量增大时,流速极大值增加、位置向床面下移,流量较小、含沙量较大时,随着钙离子浓度的增加,流速极大值增大,且其位置更贴近床面.     

Experimental study of flow field in interference area between impeller and guide vane of axial flow pump

Axial flow pump is a kind of typical pumps with rotor-stator interaction, thus the measurement of the flow field between impeller and guide vane would facilitate the study of the internal rotor-stator interaction mechanism. Through a structural modification of a traditional axial flow pump, the requirements of particle image velocimetry（PIV） measurement are met. Under the condition of opt.0.8Q, the axial vortex is identified between impeller hub and guide vane hub, which is developed into the main flow and to affect the movement when the relative positions of impeller and guide vane at different flow rates are the same. Besides, the development and the dissipation of the tip leakage and the passage vortex in impeller passages are mainly responsible for the difference of the flow field close to the outer rim. As the flow rate decreases, the distribution of the meridional velocities at the impeller outlet becomes more non-uniform and the radial velocity component keeps increasing. The PIV measurement results under the condition of opt.1.0Q indicate that the flow separation and the trailing vortex at the trailing edge of a blade are likely to result in a velocity sudden change in this area, which would dramatically destroy the continuity of the flow field. Moreover, the radial direction of the flow between impeller and guide vane on the measurement plane does not always point from hub to rim. For a certain position, the direction is just from rim to hub, as is affected by the location of the intersection line of the shooting section and the impeller blade on the impeller as well as the angle between the intersection line and the rotating shaft.     

挟沙水流流速的垂线分布公式

流速分布规律的研究是揭示一般水流和高含沙水流动性的关键。本文在回顾以往研究成就的基础上，开展了理论及实验研究。以提出的紊流涡团模式为基础，得出了挟沙紊流速分布的公，大量实测资料的检验结果表明，该公式能较真空地描述出一般挟沙水流及高含沙紊流的流速分布变化规律，具有较大的使用价值。     

基于分形理论的冰下水流流速垂线分布研究

冰下水流流速分布是冰凌生消、泥沙输移、河床演变及冰期输水的重要参考依据,基于分形理论,在前人的研究基础上,研究了冰下水流流速垂线分布规律。结果表明,依托明渠水流的若干成果,从分形理论出发,基于Einstein假定,可推出已有冰下不同形式的流速垂线分布公式;理论分析认为,冰下分区水流流速分布近似镜像,均具有分形特征,可用双对数公式表达,实测结果证明,对于弯曲河道,水流核心区流速分布均匀,并不服从对数分布,公式在运用时需考虑适用性或引入因子项;稳封期,冰盖区水流流速分布的分维值大于河床区,流速分布更均匀,而在弯道卡冰区域,由于弯道冰下水流结构的复杂性,河床区水流流速分布的分维值无规律。对冰下水流流速的研究,拓展了分形理论在水流流速垂线分布研究方面的应用成果,概化的冰下水流结构,对工程运用有一定借鉴意义。     

用原型允许流速模拟岩基冲刷方法的探讨

根据岩基的抗冲能力,用原型岩基的允许流速换算成模型流速后作为起动流速的方法,来选择模型冲料粒径．提出选择模型冲料粒径时可用式V=8√D计算,并用工程实例进行了验证．     

基于MacCormack格式的变网格瞬变流模拟

输水工程中的水锤现象是设计和运行部门极为关注的问题,数值模拟是管路系统中水锤压力预测和控制的重要环节。为了对变特性管路系统的水锤进行数值模拟,建立了基于MacCormack格式的变空间步长的水锤计算模型(V-MCS)。通过与经典的Method of Characteristics(MOC)方法及固定步长的MacCormack(MTMS)方法模拟结果的对比,对V-MCS方法进行了验证。采用V-MCS方法模拟了变特性管路系统中的水锤过程,获得了管道压力与流量波动过程以及全线极值压力分布情况。结果表明,在变特性管路系统中,V-MCS方法可以有效地对复杂管路水锤现象进行模拟。该方法在空间网格划分上更为灵活,可根据计算需求对管道各个区域选取不等的空间步长,能在一定程度上减少计算断面数量,在不改变管路固有波速的情况下可实现对复杂管路系统的同步水锤模拟。     

掺气水流声速的研究

采用一维双流体模型,利用小扰动原理研究了压力波在水气两相泡状流中的传播规律。针对水利工程中高速掺气水流的特点,对方程进行合理模化和封闭。详细分析了掺气浓度、压力、扰动频率、相间相互作用力对掺气水流中声波传播速度和衰减的影响。结果表明,适当的掺气浓度会使掺气水流的声速显著降低;压强的减小和相间传热的增强可使声速减小、衰减加快;虚拟质量力主要影响高频声速,并使声波衰减减慢。