掺气水流的气泡尺寸检测

近年研究表明,高速水流泄水建筑物的掺气减蚀效果,不仅与掺气浓度有关,还应考虑气泡密度;认为0.2 mm或0.5 mm以下的微小气泡在掺气减蚀中起主要作用,可能只要很小掺气浓度即可达到掺气减蚀效果。因此在掺气减蚀研究中,必须加强对气泡尺寸的检测。分析总结了针式掺气流速仪应用经验,建议气泡当量尺寸直接采用探针检测得出的中值尺寸d50。虽然预计d50、气泡间距比实际偏大,气泡密度偏小,但是测量成果对于研究掺气减蚀机理,制定掺气减蚀的新标准,有重大意义。     

气核成份及其对空化现象的影响

本文对气核的成份进行了分析。指出在有关空化现象的计算、分析和模拟中,气核成份的影响应当予以考虑。     

特高速掺气水流对空化的影响

根据特高速掺气水流所表现的可压缩性，利用连续方程和动量方程，并考虑水流粘滞性和脉动影响，将掺气水流当作单向流分析。水流流经不平整体时，其后可产生在掺气情况下仍不能消除的负压。此时，空化已不可避免，且随马赫数增加，掺气反而会使负压值增加，因而，将不再具有减蚀作用。     

紊动剪切流中气核振荡对空化的作用

为了解压力脉动对泡动力学和空化现象的作用，可将压力脉动的不同随机量与气核在流场中的动态响应联系一起进行分析。结果认为：在水流强烈的紊动下，由于压力脉动的影响，气核交替地膨胀和收缩，脉动负峰值可使瞬时压力降低。气核发育时间明显缩短，促使空化提前发生。     

初生空化数公式的优化研究

初生空化数是衡量过流体型是否发生空化的判别标准。传统的托马公式认为液流负压值达到液体饱和蒸汽压时即发生空化。近来研究表明,气核和液体抗拉强度等对初生空化有重要影响。有学者认为把托马公式中的液体饱和蒸汽压替换为临界压强更为合理。本文在已有研究的基础上,对空化初生机理和影响空化初生的因素进行分析。认为空化仅是气核克服表面张力和液体饱和蒸汽压膨胀而形成的,并没有克服液体抗拉强度,且在空化源附近的液体几乎不具有抗拉强度,并基于此提出新的初生空化数公式。     

不同掺气孔径下水流空化特性试验研究

空化数反映了压力变化对水流空化特性的影响.该文基于浙江工业大学水力学实验室设计的直流式水洞,利用先进的量测设备对空化区中空化特性进行了试验研究.通过对不同流速不同掺气孔径下圆柱突体上下游空化数的对比分析,得出了不同掺气孔径下空化数的变化趋势有关的结论.该结论可供设计优化掺气设施时参考.     

明渠自掺气水流气泡形成过程的试验研究

采用高速摄像技术对陡槽内自掺气水流进行了观测,拍摄到了掺气起始区气泡在水流内部形成的完整过程,对气泡形成的过程进行了概化分析。水面附近涡体运动产生的脉动压强和水面相互作用,导致水面发生上凸下凹的变形。当这种变形达到一定程度后,受顺水流向或横向脉动压力、横向切应力的作用,深入水体凹坑的边壁在某一部位闭合,下部包裹空气形成气泡而发生自掺气。随着紊动强度进一步增大,水面变形加剧,表现为高高跃出水面的柱状突起和水滴,这些水柱的倾倒、聚并也会造成空气进入水中形成气泡。明渠水流自掺气是水体内部紊动与水面相互作用的结果。     

掺气减蚀研究的新方向

利用针式掺气流速仪测量掺气浓度场、流速场，气泡尺寸及其概率分布的研究成果表明，原型水流韦伯数高，形成微小气泡的能力比模型强，气泡上浮慢，接近底部的小尺寸气泡概率及掺气浓度比模型大，0．2mm或0．5mm以下的微小气泡可能在掺气减蚀中起着主要作用，完善掺气检测仪器，加强掺气水流中气泡尺寸及其概率分布的观测，比较不同气泡尺寸的掺气减蚀作用，建立多级气泡尺寸的掺气水流数学模型，是今后掺气减蚀研究的新方向。     

孔板泄洪洞初生空化数的估计

本文通过解析方法得到了孔板泄洪洞中最小压力系数Ｃｐｍｉｎ的表达式；给出了计及压力脉动及水中含气量影响的初生空化数的半径验关系式；对孔径与管径比为０．６９时在不同管径及流速条件下的计算结果与已有文献的实验结果进行了比较，它们吻合良好。     

初生空化与液体抗拉强度的关系

自1983年开始以液体的抗拉强度作为其空化临界压强研究初生空化的比尺效应以来,该方法已得到进一步的应用和完善。本文就研究中遇到的一些问题,如关于空化灵敏度仪的校正,“零抗拉强度”的概念,试验设备中液体抗拉强度的动态变化以及在空化试验中使用该方法的技术和意义等作详细的阐述。     

基于伪势模型的表面张力对空化泡溃灭的影响

采用可调节表面张力的大密度比、大黏滞系数比格子玻尔兹曼伪势空化模型模拟了近壁区空化泡溃灭过程,并进一步分析了表面张力和初始空化泡内外压差对空化泡溃灭过程中流场分布的影响,探究了表面张力变化对空化泡溃灭时产生的微射流和溃灭压力演化的影响。结果表明:在近壁区空化泡溃灭过程中,随着表面张力减小,加剧了气液交界面的变形,导致微射流更为集中。同时空化泡在溃灭过程中蓄积的表面能减小,在溃灭时刻迅速释放后,减弱了空化泡溃灭强度,空化泡溃灭最大微射流流速和最大压力均随着表面张力的减小而减小,导致空化泡溃灭时间缩短,增加了壁面引起的Bjerknes力,加剧空化泡朝向壁面溃灭的趋势。     

基于水流空化数的高水头岔管的优化设计

以某大型水电站的岔管为例,通过试验与计算分析相结合的方法,分别对原方案、修改方案和优化方案岔管处的水力特性进行了分析,重点研究了该处在不同体型下的水流空化数。通过对不同方案的对比分析可以看出,经过方案的修改与优化,岔管处的水力特性满足了设计要求,从而保证了岔管在最不利工况下的安全运行。     

对不同空化模型的比较研究

目前关于水工建筑物中的空蚀破坏力的研究主要采用模型试验和数值分析手段,而在数值分析中多采用空化模型进行研究,空化模型的选择对于空化流动的计算有着重要的影响。基于Rayliegh-Plesset方程的空化模型有着广泛的应用,其中比较有代表性的有SchnerrSauer、Singhal及Zwart等空化模型,文章应用这3种空化模型对方头体的空化流动现象进行了定常和非定常数值模拟,其中紊流模型采用sst k-ω模型,并结合商业软件中的UDF方法 (用户自定义函数)对其黏性进行了修正。计算表明,Zwart、SchnerrSauer模型比Singhal空化模型具有更好的鲁棒性,且可观察到明显的空泡运动;SchnerrSauer模型得到的壁面压力系数分布和实验值最为接近;而Singhal模型在非定常计算中,能够获得由质量空化源周期性变化引起的周期性相变过程。     

长江泥沙起动流速公式探讨

本文在以往研究的基础上,从应用的角度出发,对长江泥沙起动流速进行了初步分析,根据长江泥沙实测资料,提出了长江不同种类泥沙的起动流速计算公式,可供工程应用参考。     

水质和空化比尺效应

本文提出了新的空化数和初生空化数的表达式,说明水体抗拉强度在空化中的作用,并且也指出,除抗拉强度外,水中气核半径及其数量也起着相当大的作用,从而可以解释在试验中即使同一个模型在不同的设备中以及不同的情况下可得差别很大的初生空化数。另外,对模型数据引伸到原型提出了一些具体建议。     

非均匀沙起动机理及起动流速

首先指出所谓宽级配泥沙,包括卵石等的起动流速必须按非均匀沙来研究。进而阐述了非均匀沙推移质低输沙率规律,导出了其理论表达式,并进行了数值计算。根据这个低输沙率关系,只需要选定起动标准就能确定起动流速。接着引进了非均匀床沙综合起动流速概念,给出了综合起动流速公式,并以实例说明其合理性。最后讨论了非均匀沙处于起动状态时的分选情况。