同流中三孔热水浮射流流速场特性的数值模拟

采用FLUENT软件中的Reynolds应力模型对同流中三孔热水浮射流在不同孔间距,不同射流温度,不同流速比情况下的速度场进行了数值模拟,得到了各种工况下速度的分布情况及衰减情况,并对数值模拟结果进行了对比分析,得到了一些有益的规律.     

同流多孔热水浮力射流排放特性实验研究

水环境污染问题是当今世界各国所普遍关注的重大问题.城市污水,热电、核电厂的冷却水排放过程都与射流有关,因此,研究各种污水处理工程中排放口附近的流动特性具有重要的理论和实际意义.利用声学多普勒流速仪(ADV)测速系统和数字温度仪研究了同向三圆孔热水浮力射流的排放特性,得到了流速和温度的分布、不同孔间距和流速比的射流轨迹线、射流中轴线上的速度和温度衰减.探讨了相对孔间距和流速比对多孔浮力射流流动变化特性的影响,实验和数值模拟反映的变化规律相一致,射流轴线速度和温度衰减变化明显的区域主要集中在80～90倍的射流直径范围内;射流温度相同时,流速比越大,中轴线上温度和速度衰减越快,射流轨迹线向上抬升的趋势越小;孔间距越小,射流轨迹线向上抬升的趋势越明显.     

不同射流温度对多孔热水浮力射流的影响

为探讨不同射流温度对多孔热辐射流的影响,采用有限元数值模拟方法得出了射流温度分别为35、40、45 ℃时不同位置处的流场和温度场,指出:射流从孔口射出后速度衰减很快,随着距离的增大,速度的衰减逐渐变慢,直至衰减到与环境水流流速相同;射流温度越高,紊动作用越强烈,紊动扩散也越强,达到相同温度时所需的距离越近,射流的影响区域越大.     

多孔热水浮射流不同孔间距的数值模拟研究

为研究多孔扩散器不同孔间距对污水排放的影响,采用FLUENT软件中的Reyonlds应力模型并结合SIMPLE算法对动水环境中的多孔浮射流不同位置处的压强场、速度场和温度场展开研究,并对结果进行了对比分析。研究表明:孔间距越大,混合点距孔口的距离越远,吸附效应越不明显,在距孔口同一位置处各物理量的数值也越小。     

横流中水平浮射流三维运动轨迹测量方法

横流条件下水平浮射流的运动轨迹线为三维、扭曲的曲线,通过设计一种可确定射流轨迹空间坐标的三维图像测量技术,实现了横流条件下水平浮射流的三维运动轨迹[JP2]测量。实验结果表明,受横流的作用,三维轨迹线在水平面上的投影轨迹线显示了与横流中水平动量射流轨迹线相近的特性,受浮力的作用,在铅垂面上的投影轨迹线在垂向随着距孔口距离的增大逐渐呈线性抬升的趋势。     

射流孔间距对横流中两孔射流稀释特性的影响

为了解射流孔间距对多孔扩散器污水稀释效率的影响,采用计算流体动力学Fluent软件中的realizable k-ε模型,模拟横流中不同射流孔间距条件下两孔射流横向有效流速、射流浓度轨迹线、速度场和浓度场的变化。结果表明,随着射流孔间距的增大,第1个射流对后面射流的遮挡作用减弱,第2个射流前的横向有效流速增大,射流浓度轨迹线的弯曲程度增大;在射流近区,浓度轨迹线与下游距离呈1/2的指数关系,与射流孔间距呈-0.27的指数关系,在射流远区,与下游距离呈1/3的指数关系,与射流孔间距呈-0.18的指数关系。射流孔间距对第1个射流浓度变化影响较小,对第2个射流,射流孔间距越小,污染物浓度沿水流方向衰减速率越快,当距该射流孔超过8倍孔径后,浓度变化趋于一致。     

脉冲式浮射流水力特性的实验研究

目前污水的海洋排放方式可大致分为 2种 :恒定或准恒定流量排放 ;脉冲式的非恒定排放。对工程中更为常见的脉冲式排放在环境受纳水体中的浮射流运动特性 ,动量尺度、底边界对浮射流的影响进行实验研究 ,此项研究方法及初步成果为河底射流冲淤排沙研究工作奠定了基础。     

横流环境中两孔热水浮射流数值模拟研究

为了达到热废水排放过程中热水快速稀释的目的,采用Fluent中Realizable k-ε模型基于SIMPLEC算法,研究了热射流过程中,射流孔间距、初始流速对射流流场、温度场的影响规律。研究表明:随着射流孔间距的增大,第1孔射流对第2孔射流影响程度逐渐减弱且第2孔射流的弯曲程度随之增加;射流与横流作用促使反向涡对的产生,加快了热水与环境水体的掺混度,横断面温度场出现"肾形"分布;当相对孔间距相同时,随着射流初始流速的增加,第1、2孔射流温度衰减速率随之增大;射流初始流速相同时,射流孔间距的增加对第1孔射流轴线温度稀释度影响较小,对第2孔射流的轴线温度稀释度影响相对复杂;S/D=2时,增大热射流的初始流速,为本研究中热水快速稀释的最优方案。     

三维冲击射流截面宽厚比对动水冲击压力的影响

为了探求高拱坝溢流水舌截面形状对下游水垫塘底板动水冲击压力的影响,应用RNG κ-ε 双方程紊流模型对三维淹没冲击射流进行了数值模拟计算。通过对不同射流截面宽厚比的矩形喷口的三维冲击射流的研究发现,在自由射流区,所得结果与前人的物理实验和数值计算结果吻合良好,说明所选用的紊流模型合理。研究还发现,在射流入水动量相等的情况下,随着射流截面宽厚比的增加,三维淹没冲击射流的轴线流速衰减加快,相应地对固体壁面的动水压力也呈下降趋势。     

不规则波作用下垂向圆管浮射流的试验研究

本文在已完成的不规则波作用下垂向圆管非浮射流试验研究的基础上，进一步对相同条件下垂向圆管浮射流的水动力特性进行试验研究。通过对比不同波浪条件下平均流速场和浓度场的变化，发现随着波浪作用的增强，浮射流轴线速度明显减小，其影响范围相应增大，周围水体对浮射流的稀释能力亦明显增强；通过引入特征速度和新定义的特征长度，拟合得到了不规则波作用下浮射流轴线流速，射流宽度以及轴线稀释度等一系列的经验公式，它们可为将来的工程应用、试验对比以及数值模拟提供重要的试验参考。     

非静态环境中负浮力射流模拟研究

以计算流体学软件Fluent为基础,通过求解基于雷诺数平均法(RANS)的标准紊流模型对非静态环境中第一种形式的负浮力射流进行了模拟和研究,并用Tecplot处理了Fluent计算求得的曲线,由此得出了该种形式的负浮力射流从开始到结束过程中不同时刻的水流流态图以及整个流动过程的流线分布图。将模拟结果与理论计算结果进行对比、分析,表明该模拟结果与理论计算结果和实际情况吻合,说明该模型和方法能够计算此类负浮力射流。     

流动环境中平面负浮力排放的数值模拟

建立流动环境中平面负浮力倾斜射流的二维k-ε湍流模型，采用D M Shahrahani和J D Ditmars(1976)的试验资料进行检验，并且对平面负浮力倾斜射流流动特性进行了数值预报。给出了射流的分区及分区的界限，同时亦给出了涡心断面的物理量的分布及典型断面上湍动能平衡图。     

水压力对黏性原状土起动流速影响的试验研究

为探究水压力对黏性原状土起动的影响,在一套能模拟不同大小的水压力的封闭管道试验系统中进行了黏性原状土起动试验。结果表明当水柱高度从35 cm提高到435 cm时,黏性原状土的起动摩阻流速是0.35 m水柱高度下流速的2.52~3.06倍;黏性原状土的起动流速随着水压力的增大而增大;水柱高度、原状土的粒径级配以及原状土的密实度是起动摩阻流速的主要影响因素。该试验成果可为黏性原状土起动流速的进一步研究提供参考。     

DEASM浅水流模型对热力环流的非结构网格模拟

为提高热电厂的取水安全,缓解废热排放造成的环境污染,从全场精细数值模拟的角度,推导了水深平均意义下的通用显格式代数应力模型(DEASM),数值离散方法采用SIMPLE程式下的非结构网格算法,并利用改进的QUICK格式来提高对流项模拟精度。该模型成功实现了对试验下的复杂热力浅水环流的精细模拟,结果表明模型模拟的热力浅水环流的断面流速分布、局部环流流线形态、环心位置、流线分离点以及温度场分布均与实测值吻合良好,初步表明该模型能够为统一描述浅水热力环流近区和远区问题提供一种更精细而通用的全场模式。     

海漫柔性加糙对近底流速影响的研究

文恒教授等多年研究发现,用废旧轮胎对海漫进行柔性加糙,可充分调整海漫下游流速分布,降低近底流速,对于解决闸下冲刷破坏,效果非常显著.在延续海漫加糙试验研究的基础上,采用弹性较好的环状橡胶圈模拟废旧轮胎,在实验室人工水槽中做进一步海漫柔性加糙试验研究.通过对21种加糙形式进行试验,发现均在不同程度上使得海漫下游的近底流速明显减小,非常利于防冲.相对粗糙度在0.394～0.581范围内,糙体梅花状等间距均匀布满,并非糙体数目越多越好,而是糙体数目在8排左右对降低下游近底流速效果显著且趋于稳定.试验中还发现糙体间距在7～105cm时,从实际设计应用对近底流速和糙率、水深影响等方面考虑都非常有利.     

钢筋石笼的空隙率对其稳定特性的影响

钢筋石笼是截流、堵口和护岸工程中常用的一种人工材料,探索钢筋石笼的稳定性机理对指导其合理应用具有重要的意义。为研究空隙率对钢筋石笼稳定性的影响,针对不同形状及不同空隙率的钢筋石笼进行了起动试验,拟合提出了考虑其空隙率的钢筋石笼起动流速公式,对块体抗冲流速经典公式进行了补充和完善。研究表明:在其它影响因素相同的情况下,钢筋石笼的空隙率越大越稳定,且不同形状的钢筋石笼的稳定性有所不同。最终得到了包含大小、密度、形状、相对粗糙度等因子的钢筋石笼起动流速计算公式,经试验验证该公式具有较好的计算精度。     

钉螺动水沉降速度研究

水流输送钉螺同水流输送泥沙一样,是一种复杂的力学过程。本文分析了钉螺在流水中沉降运动的主要作用力及其平衡条件。在水流紊动强度不太大（Ｒｅ＜４×１０￣４）的情况下,可略去竖向脉动分速的影响,钉螺在流水中以等速直线运动形式下沉,据此导得钉螺动水沉速的理论公式。通过水槽试验,对公式进行了检验,并确定其中的主要参数──动水沉降阻力系数。     

高海拔地区气压环境对高速水流空化特性的影响

为定量评价高海拔地区的低气压环境对水流空化特性的影响程度,通过理论计算单气核临界压强在不同气压条件下的变化,分析单气核临界压强变化对初生空化数的影响程度,并进行不同海拔高程下水流空化数的敏感性分析。研究成果表明:低气压环境下,气核初生空化数和水流空化数均减小,但水流空化数减小的程度远远大于初生空化数减小的程度,其他条件相同的前提下,高海拔地区的高速水流空化空蚀风险增大。研究结论可为高海拔地区高速水流的空化空蚀设计和评价提供参考。     

堆积体对上游附近河道三维流速分布影响的试验研究

堆积体的存在易对河道的水流流速产生影响。通过水槽试验,采用ADV观测堆积体附近的三维流速。通过控制流量大小,研究堆积体作用下河道三维流速沿堆积体上游临近横断面的分布规律。试验结果表明:①流量相同时,流速受堆积体形态影响。离河床越近,三维流速沿横断面的分布曲线:顺水流方向流速u的趋势线越陡,指向右岸一侧流速v和垂直河床向下流速w的峰值越向堆积体在横断面的投影线靠近。v由天然情况下趋于0的直线变成离河床越近,流速峰值越大,两岸流速越小的下抛物线。w在河床附近,曲线呈“勺子”形态,远离河床,曲线失去“勺子”形态。②随着流量增加,同一流层上,u流速增大,流速沿横向的分布越不均匀,曲线越陡。u流速方向和v流速方向的夹角θ,在离左岸(堆积体一侧)大约1/2堆积体半径时取得最小值。离左岸越远θ值越大,直至离左岸45 cm后θ才恢复天然值90°。研究成果可为河流防护和治理工作提供技术支撑。     

热膜测速技术在挑射水流中的应用及高坝消能机理的研究

为探讨挑射水流在冲坑内的基本特征与消能机理，首次利用热膜测速技术量测定床冲坑中淹没射流的沿程时均流速和脉动流速分布，并同时量测沿坑底的压强场，给出入射区、冲击区和壁射流区３个子区的流速和压强的变化规律；计算坝面摩阻消能，空中扩散消能和冲坑水垫中紊动剪切消能３部分的消能效率。