PVC连接弯头的水力特性数值模拟

为了研究PVC弯头的局部阻力和水流流态特征,对DN50和DN75两种PVC承插式90°弯头的水流特性利用CFD中的fluent软件进行了数值模拟,结果表明:不同管径弯头的局部阻力系数与雷诺数的关系曲线的变化趋势基本一致,压力在弯头拐角外侧压力最大,在下游管段内侧靠近弯头的位置压力最小。     

灌溉管网中变径管水力特性研究

随着管道输水技术的发展,灌溉效率显著提升。如何降低管网水头损失是提升灌溉效率的主要途径。基于国内外研究情况,通过水力学试验和数值模拟对变径管的阻力特性和流场进行了分析。结果表明:随雷诺数的增大,变径管局部阻力系数逐渐减小,管道水流处于阻力平方区;沿流动方向,压力逐渐减小,在下游出现负压梯度区;上游管道的流态较稳定,变径段出现涡流,下游段紊流旺盛。     

台山核电厂引水隧洞进出水口阻力特性试验研究

结合台山核电厂输水系统工程,通过物理模型试验研究了引水隧洞不同粗糙度对进、出口段局部水头损失的影响规律。模型采用重力相似设计,比尺1∶18.9。在试验过程中,通过不断加大流量来改变模型水流雷诺数,依次得到不同糙率下的局部阻力系数随雷诺数变化曲线。局部阻力系数随雷诺数的增加而减小,其减小率随雷诺数的增加而下降,当雷诺数大于某临界值时,局部阻力系数逐渐趋于常数,说明水流进入阻力平方区,由此得到稳定后的局部阻力系数值。结果表明:不同粗糙度情况下,隧洞进、出口的局部阻力系数值变化明显,边壁粗糙度较大时,水流边界层受边壁绝对粗糙度影响,水流脉动跳跃离开边壁形成较大的涡流运动,水流能量耗散加强,对水流的阻力随之增大;局部阻力系数不仅与形状有关,还与隧洞的粗糙度有关,粗糙度越大,局部阻力系数越大,对于该项目,粗糙管比光滑管进口段局部阻力系数加大约45%,出口段局部阻力系数加大约56%。研究成果为实际工程输水系统设计提供了依据。     

柔性植被和刚性植被水流水动力学特性研究

为了深入揭示植被水流的内在规律,系统研究了刚性和柔性植被覆盖下坡面流水动力学特性。结果表明:刚性或柔性植被覆盖下,水流平均流速均随流量增大而增大,刚性植被对流速的减缓效果优于柔性植被;刚性植被覆盖下,弗劳德数小于1,处于缓流流态,阻力系数随雷诺数和流量增大呈单峰形式变化;柔性植被覆盖下,随流量增大,弗劳德数逐渐增大,由缓流过渡到急流,阻力系数随雷诺数和流量增大均呈减小趋势。在生态工程建设过程中,同种植被应该选取刚度较大的植被类型。     

虹吸管道水气两相流动过流能力的试验分析

通过对虹吸式输水管道输水能力的试验研究,观测到不同安装高度下的气液两相流现象。量测了不同安装高度相应水位差下的流量的大小,并分析了流量变化规律。研究发现,随着安装高度的增大,虹吸管内气液两相流流型由气泡流转化为气团流。分析原因发现在安装高度h_s=2 m时,流量减小率与面积减小率相等,表明气液两相流时过流面积小于液相满流时过流面积是流量的减小的主要原因;当安装高度h_s2 m时,流量减小率与面积减小率相差较大,表明流量的减小不仅与面积变化有关,还应与沿程阻力系数有关。掺气浓度的增大使管内压降增大,压降的增大导致了管内阻力增大,从而使沿程阻力系数增大,而导致流量减小。     

周期性加热Poiseuille-Rayleigh-Benard流动中局部行波的研究

该文通过二维流体力学基本方程组的数值模拟,研究了水平来流和周期性加热对腔体内流体的运动和动力学特性的影响。当相对瑞利数r(28)9时,随着水平来流雷诺数Re逐渐增加,腔体内的流体发生三种不同的运动,即局部对流运动、局部行波运动和水平流运动。对局部行波运动的周期pT进行研究,局部行波运动的稳定周期随水平来流雷诺数的增大而减小,随相对瑞利数的减小而减小;相对瑞利数越小,稳定周期随水平来流雷诺数变化的增长率越大。局部行波运动的区间(35)Re依赖水平来流雷诺数的强度,当水平来流雷诺数Re大于(35)Re的上限时流体为水平流运动,而当水平来流雷诺数Re小于(35)Re的下限时流体为局部对流运动;对于不同的相对瑞利数r,局部行波运动的区间(35)Re是不同的。随着水平来流雷诺数增大,发现腔体内上游行波区域对流圈的减少速度比下游行波区域更快。     

工程堆积体坡面细沟流水力学参数特性研究

为采用水力学参数特性揭示黄土高原沟壑区工程堆积体坡面土壤侵蚀过程,开展了野外放水冲刷试验。通过组合不同流量(35、45、55L/min)、不同坡度(24°、28°、32°)的试验,对坡面沟蚀发生发展过程中的水力学参数特性进行了研究。结果表明,坡面细沟水流的平均流速与水深主要受流量控制,二者均与单宽流量呈幂函数关系,且流速随冲刷时间的持续和冲刷形态的变化呈现上下起伏—瞬时增大—稳定的波动或减小—趋于稳定的变化历程。在所有坡度和流量范围内,雷诺数Re在42.9~1 082.8之间变化,雷诺数Re随坡度的增大呈先减小后增大的抛物线趋势。由坡面流弗劳德数Fr随冲刷历时变化情况表明,坡面径流形态是由急流向缓流发展。阻力系数f在0.019~0.94之间变化,f随坡度的增加先减小后增加,且随雷诺数Re的增大而增大,二者之间呈显著的指数函数关系。粗糙系数n随雷诺数增大而增大,且其与雷诺数存在显著性的指数函数关系。研究结果可为工程堆积体土壤侵蚀预报模型的建立提供一定的参数,对解决生产建设项目弃土弃渣场、取土场等水土流失问题具有重要的作用。     

地表粗糙度对坡面流水动力学参数的影响

坡面流阻力的研究对于深入认识坡面流水力特性及土壤侵蚀产沙机理具有重要意义。采用变坡试验水槽,利用定床阻力冲刷试验系统研究了坡面流Darcy-Weisbach阻力系数与粗糙度、流量、坡度和水流型态之间的关系。结果表明:阻力系数随着床面粗糙度的增加呈指数函数增大;阻力系数随着雷诺数的增加呈幂函数减小,且随粗糙度的增加;阻力系数与弗劳德数呈良好幂函数关系,且粗糙度的影响不显著,流量为主要影响因素;人工模拟粗糙度床面下,阻力系数可由粗糙度、流量和坡度的简单幂函数良好表示,并且粗糙度为主要影响因素,流量和坡度的影响相对较小。由因子分析可知,阻力系数可由粗糙度和弗劳德数良好表示,经检验该模型可用来计算不同粗糙度坡面薄层水流的阻力系数。     

供水管道渗漏状态下流量变化规律研究

通过管段渗漏模拟试验,分析了渗漏状态下供水管道流量变化规律。首先着重考察了压力和渗漏面积比对上游管段的转输流量的影响,试验数据表明上游管段的转输流量随着渗漏面积比的增大而增大,其增长趋势明显呈现S型曲线特征;不同压力作用下,转输流量的增幅存在显著差异。其次建立了渗漏量和转输流量之间的关系,渗漏量与转输流量的比值即渗漏强度呈线性关系增长,且随着压力增大而增大。最后分析了不同压力下渗漏强度与渗漏面积比的关系,结果表明渗漏强度随着渗漏面积比的增大而增大,且呈线性关系,实现了由渗漏面积比向渗漏强度的转化,以及用渗漏强度从流量的角度对供水管道渗漏程度进行描述。     

黄土坡面细沟水动力学特性试验研究

在室内放水冲刷试验的基础上,开展了不同流量和不同坡度条件下的均匀细沟和侵蚀细沟的水动力学特性研究,结果表明:在均匀细沟和侵蚀细沟下,平均流速均受坡度和流量的影响,且可用坡度和流量的幂函数来表示;在均匀细沟和侵蚀细沟中,水流雷诺数变化范围分别在252~1 965、248~1 903之间,均主要受流量的影响,且均随流量的增大呈线性关系;弗劳德数在均匀细沟和侵蚀细沟中随坡度的变化趋势基本一致,但随流量的变化趋势有较大差异;阻力系数在均匀细沟中随坡度、流量的增加而增大,且可以用坡度和流量的幂函数来表示,侵蚀细沟的阻力系数随坡度和流量的增大呈先增大后减小的趋势;阻力系数在均匀细沟和侵蚀细沟中随弗劳德数的变化趋势基本一致,但随雷诺数变化趋势有较大差异。