水中空气含量对旋涡空化的影响

本文在分析旋涡运动及旋涡空化特点的基础上,运用数值方法研究了水中空气含量对空泡形成的影响。指出空气含量不仅对旋涡空化的初生有影响,而且影响到旋涡空化的类型。数值结果与实验进行了比较,结论相当地一致。     

水工建筑物进水口自由表面漏斗旋涡消除措施的试验研究

水工建筑物进水口形成的自由表面漏斗旋涡,对工程危害极大。本文对自由表面漏斗旋涡的消除措施进行了试验研究,给出30种消涡措施(包括一些布置形式)。     

凹槽中的旋涡及初生空化数的估算

本文阐述了凹槽中旋涡形成的力学机制；利用文献［1］中的结果建立了凹槽中旋涡的涡量平衡、能量平衡近似关系式；给出了旋涡初生空化数的表达式，它不仅和凹槽的宽深比有关，还和参数K1有关(K1为流道宽和槽深之比)；对不同的深宽比和K1值计算了凹槽中的旋涡参数和初生空化数，把计算的初生空化数和已有的实测凹槽旋涡初生空化数进行了对比，两者的值和变化趋势基本一致。     

串列梯形柱绕流水动力特性数值分析

该文采用数值模拟分析了雷诺数为150和间距比为3的串列双梯形柱绕流水动力特性。当梯形柱背流面与迎流面长度比为d/D=0、0.3和0.5时,双柱的上侧旋涡融合,在尾部形成了不对称的P+S泄涡模式,导致下游柱体承受的平均升力偏离零值。d/D=0.7的双梯形柱泄涡转变为2S模式,表现为上游柱体旋涡与下游柱体旋涡融合后交替脱落。双方柱(d/D=1)间隙以及下游方柱尾部均形成了准静态涡,剪切层有小幅摆动,但未卷曲形成旋涡。d/D=0和0.3时,上游柱体后方由于边界层再附着形成了次生涡,增大了局部压力。随着d/D的增大,上游柱体旋涡形成长度增长,双柱间隙流动趋于稳定,下游柱体前缘的横向速度脉动逐渐减弱,其后方的尾迹也趋于对称。上游柱体的遮蔽效应使其平均阻力大于下游柱体,而间隙流的不稳定性与边界层的交替再附着使得下游柱体升力偏大。双方柱绕流场处于拟稳定状态,其水动力系数远小于三棱柱和梯形柱。相较于双圆柱,三棱柱和梯形柱的边界层分离点靠前,增大了绕流的升阻力。     

弧形闸门前旋涡临界淹没水深研究

该文以某弧形闸门控制的泄洪闸为研究对象,采用比尺为1:20的水工模型试验,对弧形闸门前的旋涡特性及其临界淹没水深进行了研究。试验观测发现,弧形闸门局部开启时,闸门前旋涡总是成对出现的,且环量方向相反。实测吸气旋涡的临界淹没水深数据表明,其不仅与弗劳德数有关,还与进水口的宽高比以及来流收缩比有关。最后该文通过理论分析和数据拟合的方法,建立了避免弧形闸门前形成吸气旋涡的临界淹没水深公式,该公式同时考虑了弗劳德数、闸门开度和来流环量的影响。     

水平进水口自由表面旋涡数值模拟研究

旋涡运动是一种复杂的水流运动,目前尚难得出理论上的精确解。自由表面旋涡是水工建筑物进水口前的常见水力学现象,其发生常会对水工建筑物造成不利影响。旋涡数值模拟难度较大,尤其是吸气旋涡较难模拟出。建立了进水口旋涡三维数值模拟的模型,模拟出吸气旋涡现象。分析了计算结果与物理模型试验结果的差异,探讨了VOF法在水气两项流中的运用,为进一步进行吸气旋涡的三维数值模拟提供了一定经验。     

生态友好型旋涡水电站旋涡特性研究

以生态友好型旋涡水电站为研究对象,利用环室旋涡的数学模型和CFD数值计算方法重点分析电站旋涡特性,以期对生态友好型旋涡水电站的运行提供技术参考,最终得出结论:速度环量为水流做旋转运动的基础;流道不同位置的旋转中心点不同,且在流道出口处旋转方向发生了变化,旋涡切向速度随着半径增加先增大后减小,当半径为核心半径时,旋涡切向速度达到最大值;旋涡切向速度随着水位增加而增大;旋涡轮廓线近似为二次曲线;旋涡高度随流量呈线性变化关系。     

侧向进水口立轴旋涡数值模拟

为了研究侧向进水口立轴旋涡的运动特性,以RNG模型为基础,引入VOF方法捕捉自由液面的变化,对立轴旋涡的形态及其运动轨迹进行了三维数值模拟,并对旋涡水面线和三维速度分布进行了分析。结果表明,侧向进水口前的旋涡是非对称的,其涡轴是一条空间曲线,旋涡下部在进水口的抽吸拉伸作用下发生扭曲。旋涡运动可分为三部分,第一部分水面线呈漏斗状,与对称旋涡类似,第二部分旋涡运动逐渐从竖向转为横向,第三部分为横向运动。在旋涡的上半部,轴向速度随着水深的增加而增大,当旋涡逐渐由竖向转为横向运动时,轴向速度逐渐减小直至为零。最大切向速度发生在淹没深度的52%处。     

堰、孔双层泄流时坝面形成的纵向旋涡

本文结合水口水电站导流工程水工模型试验成果,叙述堰、孔联合泄流时坝面上形成的纵向旋涡运动及其发生的条件,并说明通过对坝面脉动压强量测得出的互相关函数图,可以推求该旋涡的涡速。     

生态浮床对水流水力特性影响研究

运用水槽试验和三维水动力数学模型,研究了生态浮床串联居中排列、无间距交错排列工况下的水流水动力特征及其变化规律,结果表明:浮床无间距交错排列水面壅高高于浮床串联居中排列的;浮床无间距交错排列的流场具有不对称性,水流较为紊乱,局部位置形成旋涡;浮床交错排列形成的旋涡及紊流有利于污染物扩散、分解,但是阻水作用明显,若考虑河道行洪排涝,浮床串联居中排列要优于无间距交错排列。     

方型人工鱼礁周围水流运动的数值模拟研究

采用计算流体动力学(CFD)技术,模拟得到了5种不同来流速度(0.1、0.2、0.4、0.6和0.8 m/s)下方型人工鱼礁(边长为3 m)周围的水流场。铅垂平面上的计算结果表明:当水流贴近礁体迎流面时,水流抬升而形成上升流;不同来流速度工况下,上升流最大速度均约为来流速度的0.64倍,上升流平均速度均为来流速度的0.12倍,而上升流的最大高度为礁体高度的2.62～2.65倍;由于流动分离,在礁体顶面形成一小旋涡区,而在礁体背水面后端形成背涡区;5种来流速度下的背涡区长度均为礁体高度的3.0～3.5倍,而背涡区高度为礁体高度的1.1～1.2倍。水平面上的计算结果表明:紧贴礁体四周为水流减速区,在礁体两侧形成小旋涡区(缓流区),而在礁体背部形成一大旋涡区(背涡区);背涡区内的水流旋涡结构随来流速度大小而变,但背涡区的最大宽度基本不随来流速度的改变而改变,约为礁体宽度的2倍。     

边表孔闸前吸气旋涡试验研究

针对多泄洪表孔的边表孔闸前极易产生强烈的吸气旋涡的问题,试验观察了边表孔闸前水流流态,分析了旋涡成因,并详细研究了工作水头、闸门开度、绕流距离及相邻表孔运行方式对吸气旋涡的影响以及吸气旋涡对表孔侧墙压力的影响。结果表明:该吸气旋涡主要是由边墩绕流效应引起,是发生在边表孔的特殊水流现象;旋涡涡心直径随工作水头和绕流距离的增大而增大,随闸门开度的增大而减小;相邻表孔全开与局部开启相比,边表孔闸前漩涡更大;吸气旋涡导致表孔下游侧墙出现负压,可能造成侧墙空蚀破坏,在实际工程中应注意对此类旋涡进行控制。     

平面旋涡(中心型奇点)水力特性的探讨

本文讨论了平面旋涡(中心型奇点)的水力特性.说明了这种旋涡的中心被封闭的流线所包围，中心点的流速为零，封闭流线为椭圆曲线；给出了旋涡内流速与压强，旋涡的环量、涡量以及角动量的表达式；建立了旋涡水力参数和主流水力参数的连接条件，包括两个运动连接条件和两个动力连接条件；将得到的理论结果应用于侧墙突扩或跌坎流，得到的旋涡中心压强表明，在一般明渠条件下，主流流速大于20m/s时旋涡区有可能出现空蚀；应用于水跃时发现，跃长与跃高之比和突扩流旋涡的长宽比基本相同，估计了水跃旋滚区的紊流运动粘滞系数；应用于交岔渠道的旋涡时，指出了旋涡宽度与渠宽之比必须小于0.160，给出了一个数例     

考虑壁面滑移效应的平行单裂隙辐射流瞬态水力特性研究

为研究平行单裂隙辐射流内部细观水力特性,建立基于湍流RANS k-ε计算模型.结果表明:平行单裂隙辐射流呈现"非典型辐射流"现象,且存在优势水力通道;旋涡的演化束窄了水流通道,距离优势水力通道和辐射中心越近,流速和旋涡流强度越大;辐射中心水压增大引起裂隙流量增加,同时优势水力通道形成越早且越稳定,裂隙宽度越大,则裂隙湍...     

城市对称街道峡谷气流及污染物扩散特征的研究

与风洞实验的对比表明数值模拟能较好地预测街道峡谷浓度场。研究了宽、窄两种峡谷（高宽比范围为0．17～3．25）的内部流场和浓度场。表明：当高宽比大于1时,随着高宽比的增加,峡谷内旋涡数逐渐增多,污染物浓度也随着旋涡的变化而变化;当高宽比小于1时,峡谷内由一个旋涡演变为两个方向相反的旋涡,随着高度的进一步减小,两个旋涡开始左右分离,其浓度也随着旋涡的变化而变化。当旋涡为顺时针时,使得背风面污染物浓度出现显著上升的趋势,而当旋涡为逆时针时,会使得迎风面的污染物浓度出现显著上升的趋势。总体看来,随着建筑物高度的增加,污染物难以扩散,从而使峡谷近地面处的污染物浓度增大。     

富池口泵站进口整流试验研究

鉴于富池口泵站前池是典型的侧向进流,使得泵站10台机组进流分部不均,特别是靠近引水渠的2台机组,进水流量偏少,水流条件差,进口易形成立轴旋涡引起机组运行振动,降低了机组运行效率和使用寿命问题,通过模型试验研究,确定了合理的曲线导流墩布置方案,能有效地进行分流导流,明显改善了整个泵站进口的水流条件,使得各机组进流量分配均匀,水流平顺,基本消除了进口回流和旋涡。     

水电站进水口水流流态的研究

针对某水电站在前期研究中进水口出现间歇性吸气旋涡,本文对进水口修改后的水流流态进行了研究。计算采用κ-ε紊流模型模拟原型比尺的进水口流场,并与按重力相似准则设计的1：50的模型试验进行了对比分析,结果表明：修改后进水口前缘仅存在表面回流,速度环量在回流区从外到内衰减较快,不具备形成立轴旋涡的条件;喇叭形进口段的水流顺畅、进水匀称。本文的研究结果可应用于相关工程。     

粘性流体圆柱绕流的混合有限分析解

应用混合有限分析法拟合坐标系对粘性流体圆柱绕流进行了数值计算,得出Re<40形成的分离区长度和分离角同试验资料吻合很好。也计算了Re=100和200时,旋涡的形成和脱落,算得的脱落斯特罗哈数分别是0.16和0.19,同试验结果完全相符。     

立轴漩涡多圈螺旋流速度分布的研究

本文引入分离变量法,研究了立轴旋涡的速度随径向、轴向的变化规律,并给出切向、径向和轴向速度的表达式。对立轴旋涡的多圈螺旋流现象,通过试验测量和速度分布计算两种方法进行了描述,二者定性一致。结果表明,立轴旋涡流场的切向速度占优,在流体质点从水面向下运动的过程中,围绕涡轴旋转十余圈,在进水口附近转为轴向流动。旋涡水面线的计算结果与实测值吻合较好。     

某发电厂循环水流道数值模拟

针对某电厂发电机组循环泵水力振动,采用雷诺时均N-S方程结合标准湍流模型,对循环泵进水流道水流流态进行FLUENT三维数值模拟,研究了流道整体流场、水力旋涡、喇叭口区域流速和泵筒体区压力分布。研究结果表明,循环泵进水流道流场紊乱,流速大,旋涡严重,斜坡处回流区旋涡直径达3 m,泵体区域旋涡直径达5 m;泵吸入口水力条件恶劣,喇叭口区旋涡直径达3 m,流速不均,最高达0.9 m/s;泵筒体四周压力不均,南北两侧压差达500 Pa。