含不凝气体蒸汽的凝结换热数值模拟

该文通过Fluent软件进行数值模拟,研究了蒸汽流速、换热管管径和倾斜角度对含空气的水蒸汽管内凝结换热的影响。模拟结果表明:增大流速,减小管径,管内压降增大;在低流速下,管内压降随倾斜角度的增加而降低,降低幅度随流速的增加而减小,流速达到2 m/s后,压降先随倾斜角度的增大而变大,管长超过0.15 m后,随倾斜角度的增大而减小;在低流速下,管内蒸汽凝结换热系数随倾斜角度的增大略微增大;压降在小管径下随倾斜角度的增大而降低,在大管径下随倾斜角度的增大而增大,管径为0.016 m时,压降先随倾斜角度的增大而增大,在管长超过0.2 m后,随倾斜角度的增大而降低。     

高水头电站岔管过渡段水力优化研究

高水头电站岔管处的水流流动较一般水头更为复杂,所产生的局部损失较大。为此,以高水头电站岔管过渡段的优化为研究对象,建立了不同岔管过渡段的三维数值计算模型,数值模拟了最大发电流量下不同锥角角度过渡管的岔管内流速和压力分布,分析计算了不同工况下的水头损失系数大小。结果表明:随着锥形过渡管锥角角度的增大,岔管处的回流区和相对低压区有效减小,局部损失系数也相对减小,流场分布更加均匀。     

粗粒料三维应力状态强度准则研究

中主应力对粗粒料强度有重要影响,而强度研究中常用的大型三轴试验不能考虑中主应力对粗粒料强度的影响。通过大型真三轴各向等压固结等比例加载试验,研究了三维应力状态下粗粒料的强度特性。试验结果表明:随着中主应力系数b的增大,粗粒料大小主应力之差的峰值也逐渐增大,特别是中主应力系数从0增大到0.25时,大小主应力之差的峰值的增大幅度较大,增加了近50%。Lade-Duncan准则较好地描述了粗粒料内摩擦角的变化趋势,不过高估了内摩擦角;SMP准则较好地反映了中主应力系数从0增大到0.25时的内摩擦角的数值大小,但中主应力系数>0.25之后,SMP准则计算的内摩擦角基本随着b的增大而减小,低估了粗粒料的内摩擦角。提出采用的Lade-Duncan准则与SMP准则相结合的单参数复合强度准则,较好地反映了粗粒料强度的数值大小和变化趋势。提出的强度准则在三维主应力空间呈三角锥曲面族形状,轴对称应力状态下的内摩擦角越小,强度越小,三角锥曲面越小,锥角越浑圆,越接近于圆形,而内摩擦角越大,强度越大,三角锥曲面越大,锥角越尖锐,越接近于正三角形。     

侧式进/出水口顶板扩张角对拦污栅断面流速分布影响规律研究

抽水蓄能电站侧式进/出水口双向过流,其顶板扩张角的大小将直接影响拦污栅断面流速分布是否均匀,甚至出现反向流速。抽水蓄能电站设计规范将3°~5°作为侧式进/出水口顶板扩张角的推荐范围,其依据是矩形渐扩管阻力系数最小的扩张角度,但侧式进/出水口体型较之复杂很多,因此有必要进一步探讨。本文以某侧式进/出水口体型为研究对象,采用数值模拟方法,研究了11种角度的顶板扩张角对出流工况和进流工况拦污栅断面流速分布的影响。结果表明：在出流工况下,随着顶板扩张角的增大,中孔拦污栅断面的主流位置由居中部逐渐向底部降低,断面流速分布由上下基本对称趋于底部大上部小的上下不对称,当顶板扩张角较大时中孔拦污栅断面上部出现反向流速;随着顶板扩张角的增大,边孔拦污栅断面流速分布由基本均匀逐渐变为底部大上部小的不均匀分布;随着顶板扩张角的增大,中、边孔孔口流速不均匀系数均逐渐增大,但中孔拦污栅断面流速分布受顶板扩张角影响更大。在进流工况下,随着顶板扩张角的增大,中、边孔拦污栅断面流速分布及孔口流速不均匀系数均无明显影响。研究成果可为优化侧式进/出水口设计提供指导。     

圆管壁粗糙度对圆管内流态影响研究

基于尼古拉兹圆管实验思想,利用颗粒流程序中的流体计算模块,实现了对圆管壁粗糙度的模拟,进而分析了不同粗糙度对圆管断面流态分布的影响以及在不同压力差作用下平均流速与圆管壁粗糙度之间的关系。研究结果表明:圆管内流体流速受管壁的扰动影响,在横截面上呈U型分布,而非抛物线型分布;圆管壁对管内流体流态的影响范围随管壁粗糙度变化而变化,圆管管壁相对粗糙度越大,管内受扰动流体范围越大,即管内层流范围越小;在管壁粗糙度一定的情况下,圆管断面流量随上下端面压力差的增大而增大;在相同压力差作用下,圆管断面流量随管壁相对粗糙度增大而逐渐减小,颗粒的阻流作用明显;随着管壁粗糙度的增大,圆管上下端面受压力差作用的影响范围也随之增大,使管内流体流态变得更加复杂。     

含不凝气体蒸汽波节管内流动与换热特性研究

通过数值模拟,研究空气含量、Re及波节高度对含空气的水蒸汽管内凝结特性的影响。模拟结果表明:随空气含量的增加壁面平均传热系数减小,光滑管的减小幅度大于波节管;波节管内流体的流动与换热过程均呈现振荡趋势;在单个波节内,波节下游的壁面平均传热系数约为波节上游的3倍,波节下游在波节管强化传热中起着决定性作用;随着波节高度增加,波节管内壁面平均传热系数先增大后减小,拐点处波节高度值为0.007m;随着波节高度增加,波节管内摩擦阻力系数先增加后趋于稳定甚至减小,拐点处波节高度值为0.009 m。     

一个基于多因素的冷却水管等效换热系数模型

基于热对流、传输微分方程及有限单元法,研究了冷却水流速、管壁粗糙度及导热系数对混凝土与冷却水之间的等效换热系数的影响。在分析各单因素影响的基础上,提出了包含冷却水流速、管壁粗糙度及混凝土导热系数等因素的冷却水管等效换热系数模型,可较好地预测多影响因素条件下混凝土与冷却水间的换热规律。模型表明,等效换热系数与冷却水流速、管壁粗糙度及导热系数均呈幂函数递增关系,其大小取决于多因素耦合效应。相较而言,粗糙度对等效换热系数影响仅在其取值较小时最显著;混凝土导热系数变化的影响较小;冷却水流速的影响介于二者之间。     

不同断面形式节理岩体隧洞位移响应模拟

选择影响节理岩体隧洞稳定性的隧洞埋深、节理间距等因素进行模拟分析,得出不同断面形式隧洞的位移响应。结果表明:在侧压力系数为1时,节理岩体隧洞无论断面形式采用圆形、城门洞形还是正方形,隧洞各部位关键点位移都随隧洞埋深的增大而呈增大趋势,城门洞形隧洞侧壁围岩位移受埋深影响较为显著,圆形隧洞洞底位移受埋深影响较小,圆形、正方形隧洞洞顶位移受埋深影响较为显著;当节理间距缩小后,圆形隧洞和城门洞形隧洞能够更好地适应节理岩体的地质条件,但正方形隧洞在含交错节理时易形成楔形体,从而威胁隧洞局部稳定。     

不同坡角引水渠道水力特性分析

为研究引水渠道坡角对进/出水口水力特性的影响,根据工程特点建立数值模拟模型,采用RSM紊流模型进行分析。结果表明:由于进/出水口体型对称,由死水位模拟结果可知数值模拟结果成对称分布,改变引水渠道坡角会在流道内部形成反向流速区,反向流速区受坡角影响较大;水头损失系数、流速不均匀系数在坡角等于垂向扩散角时最小。当坡角等于垂向扩散角2.6°时,水力条件最好。     

管间距对通道内竖直排列水平双管自然对流的影响

分析了管间距对圆管自然对流的影响,为解决河道热扩散问题提供理论依据,具有实际的应用价值。抽象出通道内竖直排列水平双管的模型,采用SIMPLE算法模拟了不同管间距下的自然对流现象。结果表明:随着管间距S的增大,两管之间的流动逐渐增强,上管的换热明显增强,Ra越大,增强效果越明显。此外,研究了管间距S对烟囱效应的影响。结果表明:随着S的增大,流经通道的流体流量增加,即烟囱效应增强。     

某水电站混流式机组尾水管当量锥角优化研究

尾水管是水电站机组的重要过流部件,其性能对机组的稳定性和效率有着显著的影响。文章以某水电站混流式机组为例,利用数值模拟的方法对不同当量锥角下的尾水管水力特征进行模拟分析,综合计算结果,建议某水电站尾水管的当量锥角为16°。     

蟠龙抽水蓄能电站月牙肋钢岔管结构与水力特性研究

对蟠龙抽水蓄能电站的埋藏式月牙肋钢岔管结构特性和水力特性进行了系统研究。通过对不同主、支管直径方案下的管壁应力、用钢量、水头损失等分析计算,得到岔管结构的受力状态和水力流态规律。研究结果表明,在正常运行情况下,管径越小岔管结构受力越有利,可有效地降低钢岔管制作安装的难度,但管内流速增大导致水头损失增加,从而降低电站发电效率。因此,管径选择时应综合考虑结构要求和水力要求,做到安全、经济、合理。     

护岸式铅丝笼丁坝挑角的选择

通过室内模型试验,研究了不同挑角时丁坝附近的水流结构、坝后回流区及自由水面的变化情况,以及不同挑角丁坝附近局部冲淤变化的规律。结果表明:随着丁坝挑角的增大,坝上游流速减小区范围扩大,坝头流速变幅增大,坝后回流区长度和宽度均有所增大,坝头水面比降也增大;结合实际工程经验,建议护岸式铅丝笼丁坝的挑角宜设计为下挑45°。     

不同风况和防振锤布置对圆管涡激力影响研究

长时间大幅涡激振动可能会使导管架平台发生疲劳破坏,为了研究不同风速、风向及不同布置间距下,防振锤对升力系数、阻力系数和尾流特性的影响,该文运用雷诺平均法(RANS)进行了数值模拟。结果表明：在发生涡激振动的风速区间内,安装防振锤可以减小升力系数55%以上;不同风速下,防振锤对升力系数的影响最多差10%,当风向角为45°时,防振锤可以减小圆管的升力系数约87%;此外,在相同的风速和风向条件下,防振锤间隔45°均匀布置时,对升力系数的影响最大;安装防振锤后,圆管背风侧负压区范围增大,且对升力影响越大负压区范围越大,尾涡尺寸减小,尾涡中心压力减小。     

波浪作用下柔性植物带内流速分布特性研究

该文基于波浪水槽物理模型试验,研究了不同波浪条件下,最大水平流速的垂线流速分布特性。与无植物时的垂线流速对比,提出了水平流速衰减系数,分析了其特性。与无植物区相比,各断面在柔性植物的影响下垂线流速均有所减小;在柔性植物带内,上部冠层区的流速减小,植物带越长减小越显著;近底处的流速沿程先减小后增大再减小。随着来波波高的增大,各断面与无植物时的流速差缓慢增大,流速减小区域有下移的趋势。植物带中和植物带后的实测值与衰减理论值的流速衰减系数均沿水深向上变化规律基本一致,沿程变大,实测值的垂线分布趋于均匀且近底处的流速衰减系数增大更加明显。     

波节管强化传热的三维数值模拟分析研究

在入口雷诺数Re从5 000到25 000的变化范围内,分别采用5种不同尺寸的波节管,利用三维数值模拟方法以及场协同原理对波节管的管内流动及传热特性进行分析,发现波节管的传热效果明显优于等长度且内径等于波节管小径的光壁管,同时发现波节管传热能力随着波峰处的直径和相邻两波节之间的距离增大而增大,而波节的长度对传热影响较小。     

高内摩擦角土体承载力特性形状效应分析

通过引入考虑抗扭转和弯转的微观接触模型来模拟高内摩擦角的土体材料（如月壤、碎石），并以应力加载法进行正方形、圆形和条形基础的静载荷试验三维离散元模拟，分析不同基础形状对地基承载力、基底应力分布和地基破坏模式等影响规律，并将模拟结果与已有经验公式对比验证。结果表明:条形基础下的地基承载力和基底反力系数最大，圆形基础下最小；条形基础下地基呈现整体剪切破坏模式，而方形和圆形基础下地基呈现局部剪切破坏模式；基底应力由内而外呈现抛物线－马鞍－倒抛物线形变化，与刚性基础 －土体相互作用理论一致；基于沉降控制法确定的圆形和方形基础形状系数分别为0．67和 0．76，与太沙基理论解和 Ｄｅｂｅｅｒ公式相近（均小于 1），与 Ｍｅｙｅｒｈｏｆ公式和 Ｌｙａｍｉｎ等公式相反（均大于 1）。模拟结果可为高内摩擦角土体的形状系数修正提供参考。     

埋藏式月牙肋岔管结构特性研究

某抽水蓄能电站采用埋藏式月牙肋岔管,岔管HD值3 500m2,且围岩条件较差.采用作者自行开发的月牙肋岔管体形设计程序(CrbpCAD)和商用ANSYS软件,考虑岔管与围岩联合承载,采用三维有限元方法讨论了岔管布置形式、分岔角、围岩单位弹性抗力系数、缝隙值、主管直径等因素对岔管结构设计的影响.研究认为,对称布置、较大的分岔角、减小管径对岔管结构有利,围岩条件越好、缝隙值越小对围岩与岔管联合承载越有利,然而分岔角增大、管径减小会增大能量损失,应通过经济技术比较确定合适的分岔角和管径.     

不同扩散角下单侧渐扩消力池水力特性研究

为揭示单侧渐扩消力池在不同扩散角下的流场特性,基于FLOW-3D软件,采用TruVOF法及RNG k-ε双方程紊流模型对单侧渐扩消力池的不同扩散角进行三维数值模拟,重点研究了消力池内的流速与漩涡特性,并将模拟计算得出的水面线、时均压强与物理模型试验结果进行对比验证。结果表明：数值模拟与物理模型试验结果基本吻合;消力池底板附近流速分布不均匀,非扩散侧流速较大,且随着扩散角度的增大,最大临底流速逐渐向非扩散侧偏移;随着扩散角度的增大,扩散侧逐渐出现贯穿性立轴漩涡,且漩涡空间尺度也逐渐变大,漩涡位置相对稳定;消力池内漩涡的强涡区均出现在漩涡中部,沿轴向整体呈现“两头小中间大”的分布规律。     

汽液黏滞系数对空化泡溃灭过程影响的数值模拟

利用格子玻尔兹曼方法(LBM)伪势模型模拟了近壁区空化泡溃灭过程,分析了不同汽相黏滞系数和液相黏滞系数对空化泡溃灭过程中的最大微射流流速、最大溃灭压力、最大溃灭时间的影响。结果表明,相同液相黏滞系数条件下,改变汽相黏滞系数,空化泡溃灭时产生的最大微射流流速、最大溃灭压力和最大溃灭时间不变;保持汽相黏滞系数不变,空化泡溃灭时最大溃灭压力、最大微射流流速均随着液相黏滞系数的增大而减小,但最大溃灭时间随着液相黏滞系数的增大而增大。