水平管内湿颗粒空气输送的实验研究

固体物料采用浆体管道输送的情况下，本文提出了一种节约管道输送用水的湿颗粒空气输送方法。用管径为25.4mm和30mm，粒径为0.99mm,1.9mm和2.9mm的安山岩碎石，分别进行了输送实验。实验结果表明，湿颗粒空气输送的压降，与相同输送情况下固体物料水力输送压降相比，压降降低程度显著。同时，通过沉积界限速度的测定，确定了湿颗粒空气输送速度的范围。     

以叶轮起旋的气液两相螺旋流摩擦阻力特性实验研究

该文对以叶轮起旋的水平管内气液两相螺旋流的摩擦阻力压降特性进行了实验研究,水平实验管段为内径23 mm,长度为2 m的有机玻璃管,实验工质为空气和水,气相折算速度为0 m/s–3 m/s,液相折算速度为0 m/s–1.5 m/s。主要研究了流速以及叶轮参数对压降的影响,对比分析了气液两相非旋流与气液两相螺旋流的压降特点,实验结果表明:流体流速是管内摩擦阻力特性的重要影响因素,随着气相折算速度的增大,管内压降逐渐增大。叶轮参数对压降亦有较大影响,随着起旋角度的增大或者随着叶片面积的减小,压降均有逐渐变大的趋势。与气液两相非旋流相比,气液两相螺旋流的压降进一步增大;且随着气相折算流速的增加,螺旋流的压降增大速度要高于非旋流。最后,基于Lockhart和Martinelli方法,根据实验数据建立了气液两相螺旋流压降计算模型,研究结果表明理论值与实验测量值吻合较好。     

乳化剂添加对气液垂直管流中压降影响的研究

在石油工业真实管路流动中,几乎都伴有乳化剂的添加。然而由于气液两相流动的复杂特性,考虑乳化剂对立管系统气液两相垂直管流压降影响规律的研究工作,仍十分有限。该文通过理论分析与实验研究相结合的手段,对伴有乳化剂添加的气液垂直管流流动特性和压降特征进行探讨。理论推导部分基于发展的漂移流模型,给出了气体上升聚并过程的物理解释。流动实验部分采用内径为25 mm的有机玻璃管作为实验管路,垂直管段长度为3 000 mm。乳化剂选用工业上常用的十二烷基苯磺酸钠,并在动态实验前进行了物性参数测定,给出了乳化剂对液相介质的影响规律。基于实验结果给出了流动参数间的无量纲关系,并发现乳化剂的添加可以促进流动更加趋于稳定。此外,还对流动过程中的流动形态、持液率、压降特性等进行了探讨,其结果可为今后研究工作提供参考。     

水平圆管内油水两相分散混合液的流动特征

管道内油水两相分散流动中的压降受相含率、相分布和流速等参数的影响,研究表明同一混合液流速条件下,随体积含油率的增大,压降呈现为先增加后减小的趋势,在连续相的相转化点处压降达到峰值。该文结合均相流模型和非牛顿流体流动理论,对管道内油水两相流动的压降进行分析,结果显示已有混合液表观黏度预测模型计算得到的压降与实验值存在较大偏差。综合考虑管道流动中油水两相的相分布特征,优化得到了油水分散混合液表观黏度的预测模型,可应用于计算流动中的压降,且精度均在10%以内,为管道混输系统的设计,以及两相分散流动理论的发展提供可靠的理论依据。     

管道旋流中油芯的形成条件与形态研究

以石油工业为背景的油水流动是典型的液液两相流。管道中的两相流动研究的主要内容是充分发展之后的流型和压降等。此文通过实验研究了一种非稳态阶段的两相流动—经过导流片之后一段距离之内的两相旋涡流动。实验划分了不同相含率与表观流速下的流动形态,研究了导流片前后的压降规律。     

用体平均法建立含沙水流在转轮中流动特性的基本守恒方程

本文运用两相流基本理论研究了低浓度、细颗粒悬浮固液两相流的流动特性,运用体平均方法,即用体平均模型中的双流体模型,在宏观上研究含沙水流的流动特性,得到了描述这种两相流动的基本守恒方程。     

三维志k-ε-Ap模型在固液两相流时均运动特性研究中的应用

固液两相流运动特性是水动力学中的一个研究热点。本文建立的三维k-ε-Ap两相湍流模型首先研究了模型中颗粒相的两个控制参数对数值结果的影响，然后讨论了不同的颗粒平均粒径、水流流速与颗粒材料密度等三种情况下固液两相流的时均运动特性。数值计算结果和试验实测结果吻合良好。     

小型水电站压力管道冰──水冻胀压力探讨

小型水电站在冬季采取蓄冰、输冰、排冰运行方式时，管道内流动的水遇外界气温低于0℃的严寒情况，常可形成低于0℃的过冷水或过冷冰屑团，即形成冰—水两相流状态。在这种流动状态下，由于其膨胀在纵向不受约束，对管壁不会产生大的胀压；一旦停止流动，极易迅速“固化”而成冰，体积膨胀，遇到约束便会产生足以使管道破坏的压力。文中对管道内静止的冰—水产生胀压的机理和计算方法进行探讨。     

水平方管内固液两相流运动特性数值模拟

将周力行建立的k-ε-kp两相湍流模型引入固液两相流的研究中，对水平方管内挟沙 水流固液两相的时均特性、脉动特性以及颗粒密度分布进行了数值模拟。将计算结果与k-ε-Ap模型、动理论计算结果以及物理模型试验观测结果进行了比较，发现k-ε-k p模型数值计算和物理模型试验观测结果的一致性较好；和kεAp模型相比，由于考虑了颗粒相的湍动特性在固液两相流中的作用，k-ε-k-p两相湍流模型可以得到颗粒的脉动速度分布；和动理论相比，k-ε-kp模型无法准确地预测固相的垂向脉动速度，需要引入各向异性的两相流模型。     

三维k-ε-Ap模型在固液两相流时均运动特性研究中的应用

固液两相流运动特性是水动力学中的一个研究热点。本文建立的三维k--εAp两相湍流模型首先研究了模型中颗粒相的两个控制参数对数值结果的影响,然后讨论了不同的颗粒平均粒径、水流流速与颗粒材料密度等三种情况下固液两相流的时均运动特性。数值计算结果和试验实测结果吻合良好。     

二平行流之间幂率流体层流剪切流动的数学模型

非牛顿流体的平行剪切流动是一种在自然界和工程实践中常见的流动。本文应用流体力学和非牛顿流体力学理论，利用Ｐｒａｎｄｔｌ边界层方程，在未作任何其它假设的情况下，得出了幂率流体平行剪切层流流动时的相似变量，给出了两充体指数ｎ相同时的常微分方程和定解条件。     

水沙动力学适用牛顿流体的基本方程

通过改进蔡树棠两相流基本方程的相间阻力项,建立能够进行二维解析研究的水沙动力学基本方程.该研究给出沙相压力和沙相粘性切应力的学科定义,以及它们的本构关系.对于牛顿流体,当输沙稳定时,挟沙水流的能坡与清水并无差别.沙相压力的二阶导数不为零是泥沙扩散条件,也是凹岸冲、凸岸淤自然现象的力学本质.蔡树棠方程隐含着流体的粘性切应力按运动组成可以分解或叠加的物理性质.正是这个结构性特点,给了解答浑水粘性这个古老的力学难题的方法,使我们能够完整地推导出牛顿流体沙相运动学粘滞系数vs公式;推导并证明了浑水综合粘滞系数μm=εv+ svνs,而不是习惯使用的μm=v+svvs.探讨了影响vs值的一些复杂因素,如颗粒表面束缚水的影响.本文研究能够证明:对分散相应用连续介质原理不仅可行,且是遵从压力传递规律惟一的正确方法.而揭示粘性切应力的结构性,在多相流和流变学领域具有深远的意义.     

Experimental and Numerical Investigations on Horizontal Oil-Gas Flow

Experiments were carried out to investigate the characteristics of oil-gas flow in a horizontal pipe on a large scale (with the inner diameter D = 125 mm). With the experimental data, the flow patterns were presented. Through the analyses for the flow regime transition, it was found that there was a critical superficial velocity of liquid phase for the flow regime transiting from stratified flow to slug flow. The slug flow could not occur until the superficial velocity of liquid phase was higher than the critical velocity. For the flow pattern transiting from stratified to slug flow, the transmitting velocity of gas phase decreases with the augmentation of superficial velocity of liquid phase. On the basis of the experiments, numerical simulations of different flow patterns and their transitions were performed with the use of the Volume Of Fluid (VOF) technique. The results of the computations are shown to match well with the measured data in the experiments.     

双桥墩条件下冰塞发展临界条件试验初步研究

河流中的桥墩改变了附近原有的水流特征,冬季可能对其附近冰塞的形成和演变产生影响。基于水槽模型试验,通过改变墩心距、墩径、墩形、冰水流量比和水流弗劳德数,分析了双桥墩条件下冰塞发展通过桥墩的临界条件。试验表明：冰塞能否发展通过桥墩所在断面存在临界弗劳德数,其值受墩心距、墩径、墩形和冰水流量比等因素控制,随着墩心距的减小或冰水流量比、墩径的增大,冰塞发展通过桥墩所在断面难度增大,方形墩相较于圆柱形墩难度增大;试验范围内,随着墩心距的减小,桥墩所处河道断面输冰能力增强,初始冰塞厚度增加,但冰塞平衡厚度减小。     

凌汛期堤防漫顶溃口破坏规律断面模型试验Ⅱ：非黏性土堤

为了研究凌汛期堤防漫顶破坏溃口发展规律,分别进行了洪水和冰凌条件下的均质非黏性土堤溃决模型试验。结果表明：两种条件下的溃堤过程均可划分为4个阶段：渗透过流、堤后冲刷、溃口展宽和冲淤平衡,各阶段发展速度和形式有所不同;通过分析溃堤过程、溃口宽度以及流速和水位变化过程的异同点可知,两种条件下流速和水位变化趋势基本一致,冰凌条件下峰值流速明显增大且出现时间提前,峰值流速最大可增加81.5%;同一流量下,增大堤顶宽度对流速和水位的影响不大,而减缓堤身断面的边坡能显著降低堤后水位的上升速度和溃口处峰值流速。试验结果有助于认识凌汛期堤防溃决的过程和特点,可为凌汛期非黏性土堤险情防控和抢险措施的制定提供科学的参考。     

加厚冰盖渗流对渠道输水能力的影响

输水渠道冰期输水能力日益成为工程运行管理、学者研究关注的焦点。输水能力的研究不能仅仅局限在正常输水期(明流期和封冻期),还应该考虑非常工况下工程的输水能力,比如流凌期的输水能力。普遍认为流凌期输水能力将可能成为束缚冰期输水能力的瓶颈。为提高流凌期输水能力,可以采用加厚冰盖下的输水方式运行。通过理论分析和物理模型试验相结合的方法,针对加厚冰盖渗流对输水工程冰期输水能力的影响进行了研究,结果表明:由于结冰期加厚冰盖孔隙率较大,其渗透系数大于融冰期加厚冰盖;冰凌形状系数t/L对加厚冰盖渗透系数影响较小;随着冰厚的增加,加厚冰盖渗透系数逐渐减小,尤其当冰厚小于0.1m时,渗透系数衰减迅速;随着渠道总流量的增加,加厚冰盖渗流量相应增大,但是渗流量在总流量中的比重却随总流量的增大而减小;加厚冰盖渗流在渠道输水流量中所占比重很小,一般情况下,对输水渠道冰期输水能力的影响可以忽略不计。     

冰期河流弯道冰水动力学行为研究

以黄河什四份子弯道为研究对象,基于2019-2020年度的凌情监测影像及现场试验数据,分析了河流弯道冰水动力学行为特征。结果表明:上宽下窄的河道形态是造成弯道卡冰的主要原因,流凌-封河阶段,弯顶节点工程对水流的顶托作用促进了上游回流区的形成;受弯道离心力作用,河冰聚集于河道凹岸一侧,并在回流区堆积形成冰桥,从而缩小了断面过冰面积,河道逐渐封冻;弯顶下游流速大且来冰量少,形成清沟,主流向河中发展;冰塞堆积于弯顶上游凹岸主河槽内,水流被挤压至凸岸非冰塞区,弯道主流易位;在稳封期,河道冰水动力特征基本不再变化,在解冻开河期,凸岸非冰塞区流速较大,主流区冰盖优先解冻且沿主流输移,回流区冰盖最后消融,河道主流逐渐恢复至畅流阶段,整体呈复归式。     

NUMERICAL ANALYSIS OF THE NON-NEWTONIAN BLOOD FLOW IN THE NON-PLANAR ARTERY WITH BIFURCATION

A numerical analysis of non-Newtonian fluid flow in non-planar artery with bifurcation was performed by using a finite element method to solve the three-dimensional Navier-Stokes equations coupled with the non-Newtonian constitutive models, including Carreau, Cross and Bingham models. The objective of this study is to investigate the effects of the non-Newtonian properties of blood as well as curvature and out-of-plane geometry in the non-planar daughter vessels on the velocity distribution and wall shear stress. The results of this study support the view that the non-planarity of blood vessels and the non-Newtonian properties of blood are of important in hemodynamics and play a significant role in vascular biology and pathophysiology.     

Investigation on the Flow Stability of Newtonian Fluid in Eccentric Annulus Via the Axial Reciprocation of the Inner Tube

The governing equation, together with the formulas of the averaged flux and the stability parameter for Newtonian fluid flowing in eccentric annulus via the axial reciprocation of the inner tube was established in the bipolar coordinate system. Numerical calculation was conducted for the measurement of water flow using the formulas above, of which the results agree well with the experimental data. It is shown that the flow instability can be induced by the increase of the stroke, the frequency, and the eccentricity of annulus, making the sucker rod more susceptible to partial abrasion. Some protecting methods, including adding centralizers, adjusting the stroke and frequency, are proposed to protect the sucker rod from the partial abrasion, and satisfactory results have been achieved in the oilfields.     

流团模型在洪水计算中的应用

作者在已论证平面二维Ｌ－Ｅ法可行性的基础上，对水流计算模型作了进一步简化，即提出将牛顿第地运动定律直接作用于各个流体质团来获得整体流动规律，并给出其基本方程与相应的数值处理方法，经过１９５４年荆江分共沤实际洪水过程的检验，并通过对１９５４年型百年一遇洪水过程的预测，均证实了该流团模型计算类似分洪区洪水问题的合理性与可靠性，可用于分洪过程及洪水演进的预报。