垂直射流冲刷砂床的喷嘴间距试验研究

疏浚工程中常利用射流进行河道清淤和冲砂施工。为探究喷嘴间距对射流冲刷的影响,开展了一系列不同靶距、速度和间距的双喷嘴冲刷粗砂、中砂砂床试验,分析了冲刷坑形、冲坑深度和冲坑截面积的变化特性,得到了各工况下的最优喷嘴间距L_B和不利喷嘴间距L_N。结果表明,对于同一粒径砂床,改变靶距和速度冲刷时的L_B和L_N值变化较小,而与粗砂砂床相比,冲刷中砂砂床时的L_B和L_N值均有所增加。研究成果可供疏浚工程中射流系统设计作为参考。     

平面淹没射流垂直冲刷泥沙试验研究

射流在水利工程中作为冲沙手段已有较广泛的应用,冲刷过程的射流冲坑特性与泥沙悬浮特性均是衡量冲刷效果的重要指标。通过改变射流速度、喷射靶距、泥沙粒径,进行了平面射流冲刷沙床的系列试验。结果表明:冲坑与泥沙的悬浮尺寸随时间均呈现快速增长期、缓慢发展期和动态稳定期3个发展阶段,在此过程中,泥沙悬浮尺寸会出现峰值,最终在某一数值上下波动;总体上冲坑深度与泥沙悬浮尺寸随射流速度和喷射靶距的增大而基本呈线性增大,短时间(1 s)内靶距的增加对冲坑深度的影响较小;冲坑深度与泥沙悬浮尺寸随粒径的增大有所减小;冲刷参数可以用来综合衡量射流的冲刷能力,随着射流冲刷参数的增大,无量纲化的冲坑深度、悬沙高度和悬沙宽度均呈线性增长趋势。     

射流冲刷沙床初始阶段的SPH方法数值模拟

针对射流移动清淤时短时间内的冲刷效果问题,采用无网格光滑粒子动力学方法(SPH),对平面垂直淹没射流冲刷沙床的初始阶段进行了模拟计算。探讨了SPH中淹没环境和沙土材料的建立方法,研究了射流冲刷初始阶段动态冲坑深度的发展趋势,分析了射流速度对冲坑深度发展的影响。结果表明:采用SPH方法可以有效地模拟射流冲刷的过程;在初始阶段,冲坑深度随时间线性增加,而且随着射流速度的增加,坑深增加的速率加快。本文研究可为探讨疏浚射流破土效果提供数值方法参考。     

射流冲刷试验研究(之二)

根据室内试验结果 ,建立了一个能够统一表达圆形喷嘴和矩形喷嘴射流强度的公式 ,建立了由射流产生的冲刷坑的几何尺度与射流强度间的关系。对试验中发生的喷嘴临界提升高度从理论上分析了存在的合理性。依据分析建立的喷嘴在临界提升高度和最大提升高度之间的冲刷坑尺度与射流强度、倾角和提升高度间的关系能够较好地描述试验结果。     

脉冲射流冲击混凝土的损伤演化与破碎特征研究

脉冲水射流作为一种高效、绿色的混凝土拆除方法 ,具有动载频率高、水垫效应弱等优点。为明晰脉冲射流冲击混凝土的损伤演化与破碎特征,本文基于SPH-FEM耦合算法,开展了脉冲射流冲击混凝土的数值模拟,分析了脉冲射流冲击下混凝土损伤场的演化特征,获得了破碎坑深度、宽度和面积的变化规律。研究结果表明：随着混凝土强度等级的增加,混凝土的整体损伤程度、破碎坑深度和面积呈逐渐减小的趋势,破碎坑深度和面积呈幂函数变化,破碎坑宽度呈线性正向相关变化;随着射流速度的增加,混凝土的整体损伤程度、破碎坑深度和面积呈逐渐增大的趋势,破碎坑深度和面积呈线性正向相关变化。破碎坑宽度随混凝土强等级的增大而增大,受射流速度影响较小。混凝土在脉冲射流冲击下,在液固接触区域均产生了“碗状”破碎坑。     

射流冲刷试验及其在黄河潼关河段的应用

为解决黄河潼关河段射流清淤工程有关技术问题，分析其冲沙效果，利用室内水槽进行了静水、动水条件下射流冲刷试验．试验采用容重为0.0215N／cm^3、孔隙率为0．61的粉煤灰．根据水槽试验研究，提出了能较好反映不同粘性床沙的射流冲刷坑尺寸的射流能力指标F0^0.6(d／D)^-0．19，并建立了冲刷坑尺寸与F0^0.6(d／D)^-0.19的关系；同时在潼关河段进行了现场试验，研究了喷嘴距床面的最优高度。提出喷嘴距床面的最优高度在0．7m左右．并初步分析了潼关河段的射流冲刷效果，射流冲刷后，含沙量明显增加；通过5年的清淤实践，平均每年射流清淤可使潼关高程在汛期降低0．15m左右.     

硬质黏土淹没射流冲刷试验研究

近年来自吸式管道排沙系统以其省水、高效、廉价等优势,逐渐成为水库清淤的主要措施之一,然而在遇到土颗粒较细、淤积历时较长的硬质黏土时,它的清淤效果下降明显。为了探究硬质黏土的破土机制和起动影响因素,采用模型试验的方法,选取一种黏性泥沙,通过负压固结的方式制备硬质黏土样,然后进行了不同出口流速、喷嘴尺寸和射流靶距的直立淹没射流试验。试验结果表明,鉴于土样存在黏性,其受冲刷破土机制与无黏性土存在较大差异,冲坑发育过程存在一定的随机性和自相似性,并且射流冲刷效率与射流出口流速和喷嘴尺寸成正比、与射流靶距成反比,同时射流靶距对冲刷坑形态的影响最为明显。     

喷嘴间距对双股平面射流冲刷的影响

喷嘴间距是影响射流冲刷效果的关键参数。利用FLOW-3D软件对双股平面射流的沙床冲刷进行了数值模拟。固定沙床粒径和冲刷靶距,比较了不同喷嘴间距下冲刷沙坑的形状、深度和面积,分析了冲刷形成的流场和浓度分布。研究发现,两股射流之间会形成漩涡,这种漩涡会消耗射流的能量,但同时又促使中间区域沙床的泥沙残留减小。在某一喷嘴间距下冲坑的深度会出现极小值,设计喷射机具时应避免此种布置。同时存在最佳喷嘴间距,可确保冲刷区域无残留浅点条件下冲坑深度和面积达到最大,获得较佳的冲刷效果。     

射流作用下不同沙床动态冲坑变化规律的试验研究

基于泥沙动力学和射流冲刷理论,对粗沙沙床和中沙沙床在某一流速下进行不同靶距的淹没射流实验,通过高速摄像机捕捉动态冲坑在短时间内的发展变化,分析了在前10s和前1s内的坑深发展规律。并将前1s等分成24个时间段分析其细微变化。结果表明:冲坑深度在前10s内基本呈对数规律发展;射流冲刷刚开始时中沙沙床冲坑深度的发展趋势有时滞后于粗沙沙床;冲坑深度随时间有先增加后减小的趋势,在此流速下存在一个最优靶距。此实验的研究成果在疏浚工程施工作业时具有一定的参考价值。     

射流掺气对冲刷的影响

通过对射流掺气与不掺气时基岩冲刷的对比试验，研究了掺气对射流冲刷的影响。试验结果表明：掺气总是使冲坑减小，冲坑深度随掺气浓度的增加而递减的规律可表示为幂函数关系。当入射流速和水舌厚度相同时，随着下游水垫深度的增加，掺气对射流冲刷能力的减弱程度也增加；当水舌厚度和水垫深度相同时，对不同的入射流速，在本次试验范围内，掺气对射流冲刷能力的减弱程度是相同的。掺气对冲坑形态并没有实质性的影响，冲坑的宽深比随冲坑深度的减小而增大，无论造成冲坑深度减小的原因是掺气、降低流速还是减少入射水舌厚度，其变化规律都可用相同的直线关系表示。     

平面斜向射流冲蚀不同坡度沙床的试验研究

利用射流清淤在疏浚工程中已得到广泛的应用并发挥了重要的作用,探究工作射流条件和沙床边界条件对冲蚀效果的影响有助于疏浚设备的优化设计及提高疏浚效率。观测和分析了静止平面斜向射流在不同射流速度、射流角度及沙床坡度条件下冲蚀沙床的过程、冲坑形态、以及冲坑外浑水流动特征。结果表明:二维冲坑剖面存在几何相似性,几何形态不对称,整体向下游发展;冲坑发展过程可分为初始、发展和稳定三个阶段,冲坑的深度随时间的变化呈对数关系增长,在冲坑深度达到最大深度一半时冲蚀速率最大;二维冲坑面积随射流角度的增大呈先减小、后增大的关系变化,在45°时存在极小值;泥沙冲蚀量、坑外浑水流运动速度随着沙床坡度的增大而增加,而坡度大于10‰后冲蚀量增长趋势趋缓。     

射流冲刷试验研究

为研究影响射流冲刷的因素，作者进行了７０组试验，分别研究了单管和多管，水平和有入射角，贴底和离开床面，静水和动水等情况。对试验结果的分析表明，在床沙一定、河流流速与射流流速相比不大的情况下，冲刷坑的几何尺寸与Ｖ＾２／３Ｄ＾５／６有较好的关系。     

埋设管道平面射流冲蚀沙床的试验研究

为认识埋设管道射流冲蚀沙床形成异重流的排沙效果,开展了不同射流因素及沙床边界条件下的试验研究,分析了冲坑形态尺寸在不同试验变量下的变化规律及异重流运动特性。结果表明：冲坑发展过程分为三个阶段,冲蚀深度变化随时间逐渐变缓,冲坑二维形态相似,上下游坡面不对称,整体向下游发展;射流与沙床在一定坡度埋深、较小的沙床坡度和各喷嘴冲蚀形成独立冲坑的情况下,冲蚀效率较高;泥沙由射流冲蚀起动并在水流卷吸作用下形成浑水异重流,其实测浓度远大于水流挟沙力,实现了较高浓度的含沙水流远距离输移,表明这种方法具有较高的清淤效率,具备一定可行性。     

同轴直射流与旋转射流组合的双射流湍流流场数值模拟

摘要：直射流与旋转射流分别具有能量传递距离长与能量传递分布面积大的优点，为了尽可能的提高射流能量利用，本文提出了结合两者优点的同轴直射流和旋转射流组成的新型双射流。对淹没条件下的组合双射流流场特性，进行数值模拟研究。采用RNGκ-ε模型和高精度QUICK离散格式，得出了不同速度组合下双射流流场的直射流轴心速度衰减和旋转射流旋转速度衰减规律，速度矢量图，量化分析了射流结构对流场结构的影响。计算结果表明，在喷嘴压降一定时，存在三种轴心速度衰减曲线，当旋转射流轴向速度高于门限速度的情况下，射流衰减速度最慢。另外，直射流与旋转射流轴心衰减曲线存在很大差异，要提高双射流能量利用，内外喷嘴的流量分配至关重要。     

窄缝挑坎倾角对射流扩散减冲效果试验和挑距计算

本文通过试验得到了坝内深孔出口窄缝挑坎倾角变化对射流扩散，下游向床冲刷及冲刷坑起坑点影响的成果，另外，还提出窄缝挑坎射流上，下缘挑距计算式，经验证计算值与试验值基本一致。可用于工程计算。     

水下移动射流冲蚀沙床的试验研究

为研究移动射流冲蚀效果和泥沙输移的影响因素,开展了不同射流喷嘴移动速度和沙床坡度条件下的二维平面移动射流冲蚀沙床试验研究。试验记录了不同射流工况下的泥沙输移过程及异重流的运动规律,分析了泥沙输移及异重流运动随射流喷嘴移动速度、沙床坡度的变化规律,讨论了异重流运动和泥沙淤积形态的物理机制。结果表明:水下移动射流冲蚀沙床能够形成异重流,可实现淤积泥沙的起动并输移一定距离。泥沙淤积轮廓剖面具有相似性,各工况平均输移距离近似相等,沿程累计泥沙相对输移量分布与泥沙粒径分布相似。泥沙相对输移量与射流喷嘴移动速度和沙床坡度呈正相关,但当沙床坡度大于10‰后,坡度影响不再显著。     

深水自激吸气脉冲射流喷嘴性能的试验研究

对自行研制的深水自激吸气式脉冲射流试验装置进行了试验,分析了工作参数对射流均值打击力的影响。结果表明:①射流均值打击力随着工作压力的增大而增大,且增大的速度随围压的增大而减小;②随着吸气量的增大,射流的均值打击力增大,随着围压的增大,射流均值打击力随吸气量增大而增大的速度趋于平缓;③在上喷嘴和腔体结构一定、下喷嘴直径发生变化的情况下,射流均值打击力随围压的增大而逐渐降低。     

圆形射流冲刷疏松淤沙的研究

结合城市污水海洋处置工程的研究，通过模型试验，研究和探讨了水平圆形射流冲刷淤埋喷口的疏松淤沙的规律，根据试验现象，可将圆形射流对淤沙的冲刷过程分为三个阶段，即泥沙初始流化阶段，泥沙完全流化阶段和形成稳定、清晰的冲刷坑阶段。通过量纲分析和对试验数据进行回归分析，分别提出了圆形水平射流在静水环境下对淤埋喷口的疏松沙冲刷的临界射流冲淤流速、冲刷坑尺寸计算的经验公式。     

基于Flow-3D的水平射流冲刷泥沙数值模拟

为了模拟分析闸口水平射流对下游泥沙冲刷的全过程,基于水工模型试验,采用Flow-3D软件中的泥沙冲刷模型结合RNG模型和FAVOR方法,进行了水平射流冲刷固定底板下游泥沙的模拟试验。根据原水工模型条件,结合模型试验结果,对冲刷过程中的水面线、流速分布、冲坑深度和堆丘高度进行了对比分析。结果显示,数值模拟与原试验结果中水面线和流速分布吻合度很高,冲刷过程中的冲坑深度与堆丘的高度也很接近。分析了冲刷过程中的泥沙运动,模拟了不同粒径泥沙的冲刷过程并将结果进行对比,发现达到冲刷平衡阶段时冲坑深度与堆丘高度随泥沙粒径的增大而减小,该结论符合理论分析,证明该软件中泥沙模型可用于物理试验中的有关变量分析。     

双射流流动结构实验研究

应用PIV实验方法对由直射流和同心的环状旋转射流组成的双射流流场进行了测量，并分析研究了流场的速度和旋度变化规律。分析表明，双射流等速核长度较小，仪约为5倍喷距；随喷距的增加其多股射流特性逐渐减弱，其主要原因为直射流和旋转射流在交界面上很强的剪切作用；旋转射流的径向发展因受直射流吸附作用的影响而减小，相应直射流速度在喷嘴轴线上的衰减则增加。在4-6倍喷距间的旋转射流速度突然下降和相应位置处旋度场的涡环都显示该处可能存在较强的空化现象，而大大提升双射流的能力。