矩形明渠水跃段沿程和局部水头损失的计算

根据前人对水跃段流速分布、壁面切应力和总水头损失的研究成果,利用紊流边界层理论研究水跃段的沿程水头损失;利用水跃段总水头损失和沿程水头损失的关系,研究水跃段的局部水头损失,并根据局部水头损失的定义研究水跃段的局部阻力系数。研究表明,水跃段的沿程水头损失是跃前断面流速、水跃长度、水流运动粘滞系数的函数;局部水头损失和局部阻力系数是跃前断面共轭水深比和弗劳德数的函数。分析了水跃段总水头与水跃区总水头比值、相对沿程水头损失、相对局部水头损失、局部阻力系数与弗劳德数的关系。结果表明,相对沿程水头损失随着弗劳德数的增大而减小,水跃段总水头损失与水跃区总水头损失的比值、相对局部水头损失、局部阻力系数均随着弗劳德数的增大而增大。     

弯管内水煤浆流动阻力的数值实验研究

结合管流法和旋转粘度计法对神华煤水煤浆进行了流变特性测量,得出符合屈服-幂律流体模型的水煤浆流变方程.利用CFD软件平台建立了水煤浆90°弯管的流动模型,通过计算值与实验值的比较,验证了计算模型的正确性.运用正确的计算模型对水煤浆流经弯管的局部阻力系数进行了多变量数值模拟实验,得出了弯管工程设计中最佳弯径比与流速的关系,总结出适合工程应用的水煤浆流经较小弯径比时的局部阻力系数的经验公式.且弯管内最大速度点随弯径比的增大往弯管外侧移动;随弯径比或弯曲角度的增大,弯管内的速度场趋于一致.     

石子煤气力输送系统阻力特性研究

通过搭建石子煤气力输送系统中试试验台,研究了纯通风条件下,输送系统管路上的静压和气流速度分布特征,得到了纯通风条件下输送系统的沿程阻力系数和局部阻力系数;进一步探讨了筛分后不同粒径石子煤颗粒的沿程阻力和局部阻力特性,并对未经筛分的石子煤原料进行了阻力特性研究。结果表明:该系统可成功输送电厂磨煤机排放的石子煤颗粒;随石子煤粒径增大,沿程阻力系数和局部阻力系数有所增加;随石子煤质量浓度增加,各粒径石子煤的沿程阻力系数和局部阻力系数均呈上升趋势;混合粒径石子煤颗粒的斜坡段阻力系数稍高于直管段摩擦阻力系数,局部阻力系数则远高于前二者。     

不同实度扰流柱阵列的流动与换热特性研究

采用剪切压力传输SST k-?湍流模型对3种不同实度扰流柱阵列的换热效果与流动特性进行数值模拟。根据冷却流体的流场结构,分析扰流柱实度对冷却通道内传热性能及压力损失系数的影响规律。结果表明:随着扰流柱阵列实度等级的增加,冷却气体动能降低,其流向速度呈周期性分布,通道内端壁面积缩小,但低温区域所占面积比重明显增大;扰流柱阵列的平均换热水平随进口雷诺数的增大呈指数上升趋势,高实度的扰流柱换热效果更佳,且在流场上下游分别出现换热峰值;冷却通道的整体压力损失系数随进口雷诺数的增大呈指数下降分布,高实度通道下降速率最大,其整体压力损失系数在高雷诺数阶段达到最低,在流向上沿程压力损失系数呈先降后升趋势。     

不同湍流模型在管道流动阻力计算中的应用和比较

应用几种不同的湍流模型,模拟计算水力光滑管的沿程阻力系数。将计算结果与尼古拉茨试验结果进行比较,可见Spalart-Allmaras湍流模型与试验结果吻合得最好,即在5个不同雷诺数(Re)下,其计算结果的最大误差为1.65%。研究还表明,无论圆管内流体流动是层流还是湍流,流动阻力的大小主要由流体在壁面附近的速度分布决定。     

坡面植被水流水动力学特性研究

本实验为人工水草模拟植被覆盖条件下的坡面流水动力学特性研究,以水力学和流体力学基本理论为依据,通过室内定床阻力模拟放水实验,定量的研究了植被覆盖度为9.3%(2500簇/m2)的工况下,不同坡度和流量组合对植被水流各水动力学参数的影响。结果表明:坡面植被水流平均流速随坡度和流量的增大呈递增趋势,可用线性函数或幂函数关系模拟,且线性关系优于幂函数关系;植被坡面流平均水深与流量和坡度之间也存在着显著的线性关系和幂函数关系;植被坡面流的佛汝德数随流量的增加而减小、随坡度的增加而增大,并呈现出一定的幂函数关系,但佛汝德数主要受坡度的控制,流量对佛汝德数的影响很小;阻力系数随雷诺数的变化规律呈单驼峰形式,本实验条件下,在雷诺数为1500~2000时达到最大值,当雷诺数大于2000时,随雷诺数的增加阻力系数反而减小,最后逐渐趋于稳定,可见两者之间并非呈简单的递增或递减关系。     

南水北调典型宽浅渠道糙率系数研究

南水北调中线工程的平均水力坡降只有0.078‰,所以正确估算输水渠道的水力损失非常重要。中线输水渠道的流态主要位于紊流过渡区,且接近粗糙区,其水力半径R=4~5m。国内缺乏如此大水力半径的渠道糙率n值的观测资料,模型试验又将面临水流非粗糙区的相似率问题。本文按粗糙区设计模型,近似推求中线干渠的n值及其变化规律,近似构造出过渡区的n值计算关系,并与已有公式比较,说明其合理性。     

水煤浆流经局部管件阻力特性的研究

在水煤浆综合输送试验台上研究了水煤浆流经渐缩管、突缩管以及90°水平弯管的局部阻力特性,分析了渐缩角、管径比以及弯径比对上述局部管件阻力损失的影响。结果表明,增加渐缩角使得渐缩管的局部阻力损失减少;较小的管径比变化对突缩管的局部阻力损失没有较大影响;存在一个最佳弯径比,使得水平弯管的局部阻力损失最小。随着雷诺数的增加,渐缩管、突缩管以及水平弯管的阻力系数先迅速下降然后逐渐趋于稳定,而渐缩管当量长度与管径的比值Le/D逐渐下降然后趋于稳定;突缩管的Le/D先下降再增加,对于弯管的Le/D则成线性增加。     

滴头插入式毛管局部水头损失模拟研究

滴灌是目前最有效的节水灌溉方式之一,而准确计算毛管水头损失是滴灌设计的前提。毛管沿程水头损失的计算已基本形成统一认识,而局部水头损失规律因滴头形状的复杂性和布置方式的多样性仍没形成一致认识。为探明滴头插入对毛管水流局部阻力及流动特性的影响,本文对两种插入式毛管进行灌水试验,同时采用计算流体力学(CFD)数值模拟并分析验证,结果表明数值模拟与试验吻合度较高,可用数值模拟研究插入式毛管局部水头损失。在此基础上对9组滴灌管进行模拟研究,分析了不同流态下毛管局部水头损失系数影响因素。结果表明层流和紊流流态下,毛管局部水头损失系数均随雷诺数的增大而减小,随滴头毛管断面面积比的增大而增大;毛管局部水头损失占沿程水头损失之比值与滴头间距和滴头流量有关;毛管层流段水头损失相对较小,在不需精确计算时可忽略不计。研究结果可为管网水力计算提供参考。     

中高开孔率电除尘器多孔板的阻力特性试验研究

多孔板对于电除尘器内气流均匀起着重要作用,目前已经有一些关于多孔板阻力特性的研究。但是大部分研究集中在低开孔率、少孔数的多孔板上,而针对电除尘器内使用的中高开孔率、多孔数的多孔板阻力特性研究较少。该文针对开孔率0.3≤?≤0.68,孔数116≤n≤1567,相对厚度0.21≤t/d≤0.5的多孔板进行了阻力特性研究,旨在得出多孔板的几何参数以及管内流动状态对阻力系数的影响。试验发现阻力系数均随着开孔率、雷诺数、相对厚度的增大而降低,开孔率的影响最为显著,相对厚度次之,雷诺数影响最小。文中还提出了估计此类型多孔板阻力系数的表达式,为今后科学研究及实际应用提供了重要参考价值。     

多向扰流换热管管内传热与流动特性数值模拟

采用Realizable k-espilon湍流模型对不同雷诺数下的多向扰流换热管进行数值模拟,首先在光滑管中进行数值模拟,并与经验公式进行对比,验证了该数值方法的可靠性;其次研究了该换热管的结构参数及雷诺数的变化对努塞尔数和阻力系数的影响,进而分析出同一雷诺数下槽深比、节距比的变化对湍流动能和出口温度分布的影响,最后归纳出努塞尔数和阻力系数随结构参数及雷诺数变化的准则关联式。结果表明:随着结构参数的变化,多向扰流换热管的传热与流动性能都会发生显著的变化;当节距比和雷诺数不变时,努塞尔数、阻力系数、湍流动能都随着槽深比的增大而增大;当槽深比、雷诺数不变时,努塞尔数、阻力系数、湍流动能随节距比的增大而减小。研究表明多向扰流传热特性优于光滑管,可以起到较好的强化传热作用,准则关联式可为强化换热提供理论指导。     

坡面植被水流水动力学特性研究北大核心CSCD

本实验为人工水草模拟植被覆盖条件下的坡面流水动力学特性研究,以水力学和流体力学基本理论为依据,通过室内定床阻力模拟放水实验,定量的研究了植被覆盖度为9．3％（2500簇／m2）的工况下,不同坡度和流量组合对植被水流各水动力学参数的影响。结果表明：坡面植被水流平均流速随坡度和流量的增大呈递增趋势,可用线性函数或幂函数关系模拟,且线性关系优于幂函数关系;植被坡面流平均水深与流量和坡度之间也存在着显著的线性关系和幂函数关系;植被坡面流的佛汝德数随流量的增加而减小、随坡度的增加而增大,并呈现出一定的幂函数关系,但佛汝德数主要受坡度的控制,流量对佛汝德数的影响很小;阻力系数随雷诺数的变化规律呈单驼峰形式,本实验条件下,在雷诺数为1500～2000时达到最大值,当雷诺数大于2000时,随雷诺数的增加阻力系数反而减小,最后逐渐趋于稳定,可见两者之间并非呈简单的递增或递减关系。     

基于量纲分析的滴灌管水头损失预测模型

通过室内试验分析了管长、滴头间距和入口压力3个因素对滴灌管总水头损失的影响,结果表明:滴灌管总水头损失随管长和首部压力的增大、滴头间距的减小而增大,且变化速率随管长增大和滴头间距减小而增大,随首部压力的变化较为稳定,呈现良好的线性相关关系。针对目前滴灌管水力计算需要推求多孔系数、估算扩大系数、计算量大等问题,将影响滴灌管水头损失的基本量滴灌管入口断面平均流速υ0、滴灌管内径D、液体动力黏滞系数ν、重力加速度g、为管道长度L、滴头间距s,运用量纲分析方法导出为四个无量纲量υ0D/ν,υ02/g D,LD/s~2和ε,通过多元回归建立了具有量纲和谐性的滴灌管水头损失计算公式,分析了滴灌管能坡曲线的函数形式,回归得到了水头损失比和沿程压力分布模型。以上模型预测值与实测数据拟合效果良好,可为滴灌系统水力计算及设计提供参考。     

用流速对数律研究附壁射流区的壁面阻力

依据Myers和前人对附壁射流区流速分布的实测资料以及附壁射流区边界层发展的经验公式,研究了附壁射流区的壁面局部阻力系数、阻力系数、平均壁面阻力系数和壁面阻力的变化规律,提出了附壁射流区流速分布的对数律公式,给出了壁面局部阻力系数C_f'与U_mδ/v的关系,C_f'和壁面阻力系数C_f与跃前断面雷诺数Re_1和相对距离x/h_1的关系,给出了壁面阻力和平均壁面阻力系数的计算方法。通过与Myers的试验资料进行对比,表明了本文给出的公式适用范围大、计算方法简单、精度高。     

粗糙度对层板结构扰流柱换热特性影响

为了探讨精密铸造涡轮叶片内部表面粗糙度对扰流柱换热特性的影响,在冲击雷诺数Re为1×10~4~5×10~4下,数值模拟了粗糙度分别为0、10、20、30μm的典型层板结构内扰流柱表面换热系数。结果表明:粗糙度对扰流柱表面换热系数的影响主要集中在迎风面上;粗糙度增加使扰流柱表面平均换热系数增大;Re越大,粗糙度对换热系数的影响越明显,Re从1×10~4增加到5×10~4,粗糙度为30μm的平均换热系数相比于光滑扰流柱面提高了13%~134%。     

雷诺数对低压涡轮气动性能的影响分析

为了深入掌握雷诺数对低压涡轮端区流动的影响,采用Transition SST转捩模型,对雷诺数为0.6×10~5～3.0×10~54种工况下的低压涡轮流场进行数值模拟。结果表明,采取的数值模拟方法能较准确的描述低压涡轮内部流动,在低雷诺数条件下,吸力面后部附面层易发生分离,且分离泡尺寸较大。随雷诺数的降低,叶栅出口截面的总压损失逐渐增加,损失平均值及高损失区面积的增加幅度均呈现非线性增长趋势。吸力面后部附面层分离区是低能流体聚集区,是流道内总压损失迅速上升的主要原因。通道涡流出流道后继续发展,与尾迹旋涡共同构成了叶栅下游区域损失持续增长的主要来源。     

螺旋扭曲扁管换热器壳程湍流传热的数值分析

采用标准k-ε湍流模型并辅以壁面函数法,对高雷诺数条件下螺旋扭曲扁管换热器壳程湍流流动与传热进行了三维数值计算,并与弓形折流板换热器相比较。数值计算结果表明:螺旋扭曲扁管换热器壳程的传热系数随雷诺数的增大而增大,随螺旋扭曲扁管的S/de值增大而减小;壳程压力降随雷诺数的增大而增大,随螺旋扭曲扁管的S/de值的增大而减小;螺旋扭曲扁管换热器壳程整体性能指标α/ΔP较高,强化传热效果较好。     

大型泵站双孔出水流道偏流分析

原型观测和模型试验都表明,轴流泵和导叶式混流泵双孔出水流道两孔流量不等,存在偏流.指出流道水力损失与水流环量有关,分析偏流对流道水力损失和泵装置效率的影响,研究偏流形成机理,提出消除偏流的方法.结果表明:水泵出流环量和出水弯管二次流共同作用形成了出水流道偏流,偏流使出水流道水力损失增大,泵装置效率下降.增大后导叶出口安放角,可以消除环量和偏流,提高泵装置效率1.6～2.4个百分点.     

矩形微管内流动特性的实验研究

以极性液体蒸馏水、无水乙醇和非极性液体R113作为实验工质,流过相对粗糙度1.40%、水力直径170.37 mm,相应高宽比为0.66的由晶体密封生长所形成的矩形紫铜微管,测量微管进出口参数及微管内流体流量,从而获得雷诺数Re与摩擦阻力系数f、Re与Poiseuille数Po、Re与压力梯度Dp/DL的关系。实验结果表明：在43.17 < Re < 4 091.5的实验范围内,流体的极性对微管流动阻力特性没有影响;同时实验结果表明对于粗糙度为1.40%的矩形紫铜微管,内壁面粗糙度对层流区摩擦阻力特性影响不大：当Re小于1 600~1 800时,所有微管内的流动阻力特性与经典理论预测值接近;当Re =1 600~1 800时,微管的f值开始偏离理论预测值,流体发生转捩。     

矩形通道内混合对流入口段阻力特性的实验研究

通过实验研究中心截面沿主流方向带有均匀加热平板的矩形通道混合对流入口段的阻力特性,得到Re数、Gr^＊数和倾斜角度对阻力系数的影响。实验结果表明：阻力系数随倾斜角度｜θ｜的增大而增大,在RP数的不同范围内呈不同的特性。Re数小于1500时,阻力系数随Re数的增大而减小,随G^＊数的增大而增大。当Re大于1500时,阻力系数受Re数和G^＊数的影响很小。综合考虑JRP数、Gr^＊数、倾斜角度及管道长径比的影响,对Re数大于1500和小于1500分别给得出了阻力系数的关联式,该组关联式与实验数据吻合良好,偏差小于10％。