氧气顶吹转炉冶炼初期二次燃烧气相场的实验研究

应用相似模化理论,对泡沫渣生成之前氧气顶吹转炉二次燃烧气相场进行了实验模拟,并采用粒子图像测速技术(PIV)测量其二维流场,发现在氧射流两侧形成2个强回流区.同一截面上,内侧回流区速度沿径向距离逐渐减小,在靠近氧射流流股内侧速度最小;外侧回流区负速度沿径向距离逐渐减小,正速度沿径向距离逐渐增大.不同截面上,距离二次氧孔越远,内侧回流区速度越平缓;外侧回流区,正速度越大,上升炉气越多.     

汽轮机静叶栅二次流损失的数值研究

基于有限元有限体积法和全隐式多网格耦合算法,对某汽轮机高压级有一定扭曲度的静叶栅流场进行了三维稳态数值模拟,分析计算了叶栅通道内上下端壁二次流发展的特点及叶栅的气动特性。计算结果表明,叶栅端壁二次流损失与叶型型面及上下端壁面的汽流情况有密切关系。同时揭示了叶栅通道内的涡系演变特点,发现在流道尾部二次流强度发展迅速,在靠近背弧上下端部附近形成两个明显漩涡区,进而引起总压损失系数和出口汽流角沿叶高方向产生明显变化,这对存在一定扭曲度叶栅的气动特性研究及设计有一定的指导意义。     

部分流泵的全三维湍流数值模拟

借助Fluent软件,选择标准κ-ε模型和标准壁面函数对单级部分流泵在设计工况方面进行了三维湍流数值模拟,分析了叶轮、涡壳内流体的流动,指出径向直叶片叶轮进口的冲击损失很大,隔舌前后是能量损失、产生噪声与振动的主要区域,隔舌对泵性能影响较大,蜗壳内存在两个反向的旋涡,蜗壳内的流体在主流和二次流的共同影响下沿着流道向前推进。最后,对泵性能的预测值与实测值作了对比,验证了数值模拟的正确性。     

压水堆四通道模型全高度上的单相流数值模拟

为了研究压水堆芯在全高度上的单相热工水力为特性,基于曙光高性能大型并行计算集群,对压水堆中包含7个带搅混翼、刚凸及简化弹簧的完整定位格架的四通道模型在全轴向高度上进行了数值模拟.数值计算基于稳态RANS控制方程组,雷诺应力项的封闭采用RNG k-ε模型,方程各项的空间离散均采用相应的二阶格式,可同时保证计算效率和计算精度.数值结果展现了通道及格架内的流场和温度场,得到了截面平均温度、压力、二次流强度及Nu的轴向变化规律.分析表明,格架下游换热效率及温度非均匀度主要受二次流的影响,受湍流脉动的影响相对较小,且不同定位格架下游二次流强度变化趋势基本一致.     

汽轮机叶型的三维数值模拟及优化

以25 MW凝气式汽轮机的某级叶片为研究对象,利用ANSYS Workbench平台中的旋转机械分析系统对该级叶片进行了静、动联合三维数值模拟优化.结果表明,优化后叶片压力系数分布较好,降低了叶片表面压差分布,有效控制径向二次流损失;总压损失系数有所减小,平均总压损失系数降低1%;等熵效率由原来的92.099%提高至93.157%.优化后的叶型明显提高了气动性能,降低叶型能量损失,增加了汽轮机效率.     

柴油机MPC排气系统三维湍流流动数值计算

利用三维流动数学模型，对内燃机不同进气条件下MPC排气系统商气体流场进行了模拟计算，得出了其流动规律，并分析了原因。在只有支管进气的条件下，支管入流对MPC系统流场分布起主要作用，总管封闭端和支管入口下游附近，存在回流；总管和支管同时进气时，总管中回流消失或大大减弱，总管内速度分布较均匀，支管流动的影响减弱；不论那种人流方式，在支管入口下游，总管垂直与主流方向截面均存在两个对称的较强的2次流，是引起气体能量损失的主要原因。该2次流是由MPC系统结构所造成的。     

新型的汽轮机后加载叶型的研究

与传统的汽轮机叶片负荷分布采用沿流向均匀分布规律,或最大气动负荷与位于叶片前缘的前部加载分布规律所不同的是,具有后部加载叶型的透平叶片,其最大气动负荷位置明显向下游方向移动。这种负荷分布形式使得具有后部加载叶型的叶片具有良好的攻角适应性,以及降低二次流损失的特点。     

明渠水流交汇区流动特征试验研究

天然河流中存在着大量的主支交汇河流,在干支流交汇处,水流结构变得十分复杂。通过水槽试验,应用声速多普勒测速仪（ADV）,观测了入汇角为30°时,支流斜接主流入汇型河道的三维水流结构。试验表明：入汇上游受支流顶托影响,产生一定的壅水,出现低速区,而对侧由于束水作用产生高速区。在入汇一侧下游较短的距离,产生回流现象,并形成分离区,而在下游一定范围内,靠支流入汇侧出现水流高速区,并形成二次流结构。交汇区水流流动主要有水流分离区、高流速带、低流速带及剪切面等。     

复杂流场的二维数值模拟方法

提出了基于二维数学模型对溢洪道下游三维复杂运动流场进行模拟计算的一种新方法.通过对泄洪建筑物下游河道复杂流场水流运动及河床冲刷状况的分析,研究了自由面流消能区水流扩散方式、流动特征及相关水力要素的概化确定.根据主流下回流区和表层水股之间质量交换很小的特点,提出了把底部回流区域作为河道无实际过流部分,即修正河流下边界条件,对溢洪道挑坎下游复杂流场进行二维数值模拟的方法.利用上述方法对某工程实例进行了数值模拟计算,计算结果与实际流场状况比较一致,较为真实地反映了自由面流区的流动.     

不同拓扑结构喷嘴内交叉射流的数值研究

利用CFD软件对五种不同拓扑三维燃料—空气快速混合喷嘴进行了数值计算;应用两相流模型和RNGk-ε湍流模型,描述了快速混合喷嘴内两相流动过程。计算得出5种拓扑燃料—空气交叉射流喷嘴中湍流强度分布、总压损失系数、在流向方向各个截面温度分布和出口径向温度分布、出口速度分布和出口径向质量分布系数。通过对这些数据的分析,结果表明,射流下游添加肋结构可以有效增强混合气的快速形成,肋添加越多,对燃料的破碎和燃料—空气的混合越有利。     

Control of endwall secondary flow in a compressor cascade with dielectric barrier discharge plasma actuation

Three dielectric barrier discharge plasma actuators were mounted at the positions of 20%, 40% and 60% of chord length on the endwall in a compressor cascade. The downstream flow field of the cascade has been measured with a mini five-hole pressure probe with and without the plasma actuation. The measured results show that the plasma actuation most effectively reduces total pressure loss and flow blockage when the actuators are operated simultaneously. As each of the actuators is operated independently, the actuator at the position of 20% of chord length most effectively reduces flow blockage, and the actuator at the position of 60% of chord length fairly reduces total pressure loss. However, negative pressure loss reduction occurs with the plasma actuator at the position of 40% of chord length. In brief, the plasma actuation placed on the endwall in the cascade apparently influences the endwall secondary flow, and the optimal locations and strength of actuation are critical for the control of endwall secondary flow in a compressor cascade with the plasma actuators.     

深溪沟与白沙河交汇区水流运动3维数值模拟

河流交汇区干支来流的混掺作用,致使该区域水流结构呈现显著的三维特征。基于都江堰深溪沟与白沙河交汇河段的物理模型资料,利用三维数值模拟技术,探讨了深溪沟与白沙河交汇区的水流结构特性。结果表明：干流汇口处断面的水面线在入汇右侧出现突变,下游附近水面线呈现左岸高于右岸的趋势;支流流量越大,交汇区下游断面的流速就越大,水位就越低;无论支流是否来流,在交汇区入汇下游右岸附近都会形成不同范围的水流分离区,各流量组合条件的分离区顶端形状变化明显,且分离区的几何尺寸参数随水位高程的降低而减小。     

辽河干流多水库联合生态调度研究

根据辽河干流水资源开发利用中的问题,考虑水利工程对天然水文情势造成的干扰,从河流系统整体出发,提出了辽河干流及其直流主要水利工程的生态调度应采取的措施与方案,建立了多水库生态调度多目标数学模型.该模型综合考虑经济效益、社会效益和生态环境效益,在尽量不影响经济效益、社会效益的前提下缩小水文改变度,使水库下游尽量保持天然径流情势,逐步恢复河流生态系统.     

明渠调水工程水位-流量串级反馈控制研究

对渠道水位反馈控制系统的控制过程进行了分析,阐明了该系统存在的两方面问题,即对上游扰动的反馈校正存在滞后和上游渠池的控制会影响下游各渠池.提出通过增设流量控制环节,构成水位-流量串级控制系统的方式解决上述问题.以闸前常水位运行渠道为例,设计了水位-流量串级控制器,对其传递函数进行了分析,给出了串级反馈控制器的设计准则.以5渠池渠道为算例,分别设计了水位反馈控制器和水位-流量串级控制器,进行数值仿真比较研究.结果表明采用水位-流量串级反馈控制后,来自上游渠池的扰动能够更快地被校正,上游渠池运行对下游的影响能被有效隔离,闸门的操作量减少,控制效果改善明显.     

气膜冷却涡轮叶栅气动损失的TOTLOS算法

本文将计算气膜冷却涡轮叶栅的TOTLOS法与实体壁上边界层和传热的计算相结合,进行了气膜冷却涡轮叶栅气动损失的计算,通过对不同叶型、不同孔径、不同喷射角以及不同冷却区域的对比,证明上述方法对于高吹风比气膜冷却或在边界层较薄的区域注入冷气可得到良好的计算结果.     

改善泄洪放空洞挑流消能效果的试验研究

采用水力模拟方法研究了某水库泄洪放空洞泄流状况及下游消能、冲刷、流态等问题.由于该泄洪放空洞属改建,轴向布置与下游河道边界不相适应,挑射水流入河后顶冲下游河道右岸防护堤,引起强烈的涌浪波动,以致壅高水位并造成流态紊乱,直接威胁堤防.通过分析研究,提出了将挑流鼻坎向左转角32°的优化方案,并采用束窄出口及圆弧扭面衔接的技术,调整挑射水流方向,有效保证了下游消能安全,同时避免了主流顶冲右岸堤防;由于消除了拦沙坎,下游出流平顺,边岸涌浪基本消失,大大降低了下游洪水位,削减了边岸回流强度与淘刷,保证了右岸施工营地的安全.     

A study on flow fields and performance of water wheel turbine using experimental and numerical analyses

In this paper, an analysis of the performance and flow fields of water wheel turbines for tidal energy extraction is carried out using experimental and numerical methods. The purpose of this work is to develop a water turbine suitable for sites, where fast and shallow surface flows are available, such as rivers or tidal currents. For both methods, the water wheel turbine is tested over a range of tip speed ratios with a differing number of rotor blades, ranging between three and twelve. The results indicate that the numerical simulation shows agreement with the experiment in most cases. Also, the water wheel turbine operates effectively at a range of small tip-speed ratios, where the highest turbine efficiency is produced. Under the same working conditions, the turbines using between six and nine blades generate a greater efficiency and cause lesser reverse flows than others when submerged in water. In contrast, the 3-bladed turbine is the least efficient design as it produces the lowest amount of energy and causes intense vibrations and noises. These noises are a result of a collision between the incoming flow of the channel and the wheel blades during the experimentation, especially at high load conditions. By adding more blades, the torque generated is improved considerably; however, the upstream and downstream depths of the turbine, in this case, are also elevated significantly. Furthermore, in the inlet region, the 3-bladed and 6-bladed turbines have a smaller shock loss and a lower resistance to the main flow from the inlet than the others. Meanwhile, it is found that the flow in the outlet region on the turbines with between nine and twelve blades is in the opposite direction to the wheel’s rotation, significantly obstructing the main flow from the inlet.     

三峡—葛洲坝梯级水利枢纽调度技术集成研究的现状与展望

三峡—葛洲坝梯级水利枢纽是长江中下游重要的水利工程,三峡—葛洲坝梯级水利枢纽的联合调度不仅是实现长江中下游水资源可持续利用的基础和典范,也是实现整个流域范围内水文补偿、库容补偿、电力补偿、提高系统可靠性及综合利用效益的必要条件,由此,对三峡—葛洲坝梯级水利枢纽调度技术集成涉及的水文、调度等问题进行评述以了解现状、展望未来非常必要。在探讨三峡—葛洲坝梯级水利枢纽调度技术集成研究意义的基础上,对涉及的气象水情自动测报系统研究、流域梯级调度、水库汛限水位动态控制研究、大型水库生态调度研究、特大型水电站考核评估等研究现状进行评述,指出了三峡—葛洲坝梯级水利枢纽调度技术集成研究亟待解决的问题,对三峡—葛洲坝梯级水利枢纽调度技术集成及类似方面研究与实践有指导作用。