南水北调北京段输水系统水力瞬变的控制

根据北京段输水系统工程布置的特点，研究了事故断电条件下水力瞬变引起的液柱分离现象及其防止措施。提出了求解空气阀瞬变过程的新模型。计算研究表明，可以采用沿线布置空气阀和单向调压井防止瞬变液柱分离破坏。通过对沿管线间隔500-1000m布置空气阀的水力瞬变计算研究发现，过大或者过小的空气阀孔径都是不利的，存在一个抑制液柱分离冲击压力或者高度真空的最优的空气阀孔径。对采用单向调压井防止液柱分离的研究表明，南水北调北京段沿线需要布置5座，并提出了合理的设置位置和经济参数。     

南水北调北京段输水系统水力瞬变的控制

根据北京段输水系统工程布置的特点,研究了事故断电条件下水力瞬变引起的液柱分离现象及其防止措施,提出了求解空气阀瞬变过程的新模型.研究表明,可以沿线布置空气阀和单向调压井防止瞬变液柱分离破坏.对沿管线间隔500 m～1 000 m布置空气阀的水力瞬变计算研究发现,过大或者过小的空气阀孔径都是不利的,存在一个抑制液柱分离冲击压力或者高度真空的最优的空气阀孔径.对采用单向调压井防止液柱分离的研究表明,沿线需要布置5座,并提出了合理的设置位置和经济参数.     

伴随液柱分离的泵系统水锤计算与研究

研究了泵系统水锤过程中产生的液柱分离现象，建立了伴随液柱分离的管道水锤数学模型，进行了计算机模拟分析试验研究，讨论了影响液柱分离的因素及其他工程技术问题。     

管道系统液柱分离现象的试验研究

在水利水电工程管道系统的瞬变过程中,液柱分离现象时有发生,管道内急剧上升的压力危急着管道的安全。为此,本文在对具有明显起伏点的管道系统当快速阀门处于不同位置时的液柱分离现象进行观察测试的基础上,就多个空穴的相互影响、初始流速对液柱分离过程的影响、闸门位置改变所带来的重力对液柱分离过程的影响,以及临界点的判定等问题进行了分析研究,并得出如下几点认识:(1)只要压力达到汽化压力,抬高点均会发生液柱分离;(2)边界空穴第一次溃灭导致的最大水锤压力与初始流速具有线性关系;(3)重力对发生在阀门下面的液柱分离是起阻尼作用;(4)在上、下游水位不变的情况下,阀门安装愈高,最大水锤压力愈小;(5)非临界点必须具备两个条件,其一它是作用在流体运动方向上的重力分量改变的连接点,其二连接点处管道的倾角减小。     

长距离输水工程中空气阀的进排气特性研究

针对长距离有压输水系统的特点,从基本的空气动力学方程入手,分析推导了空气阀的数学模型,并采用水锤计算的特征线方法,进行了空气阀水锤防护的实例分析。同时,探讨了进排气系数对空气阀运行特性和水锤防护效果的影响。计算结果表明,计算模型可以准确地模拟空气阀在水力过渡过程中的进排气特性,空气阀的进排气系数等设计参数对空气阀的水锤防护效果有显著影响。同时,通过合理的布置空气阀,可以有效地抑制输水系统中液柱分离现象的发生,保证输水系统安全。     

液柱分离型水锤新空腔模型

为深入探讨液柱分离型水锤的模拟计算,通过改进离散空腔模型,提出了新空腔模型。新空腔模型考虑空腔处非满流的流态,根据前后管段的水流状态,将计算管段划分为7种类型,分别建立计算模块对空腔处管段进行分类计算,使其更为准确地计算空腔处的流量同时模拟空腔处的瞬变过程,并基于简单管路和复杂管路试验对新空腔模型进行了初步验证。结果表明,与DVCM相比,新空腔模型能够更准确地模拟瞬变过程中的压力波动和空腔形态、位置及空腔体积的变化,对水柱弥合过程的压力波动峰值的模拟更接近实测数据,有助于指导实际工程中的水锤安全防护。     

柱型旋流器内油-水两相流的流场特征和分离性能

柱型旋流器采用切向入口的方式产生稳定的旋流场,实现两相的分离,具有占地面积小和分离效率高等优点.该文采用数值模拟的方法对旋流器内油-水两相流动时的流场特征进行系统的分析,并采用原油对旋流器的分离性能进行实验验证,研究结果可直接应用于石油工业中的原油-水两相分离.数值模拟中将研究得到的混合液表观黏度计算模型嵌入到CFD软...     

气液段塞流在网管式分离器中的流动分离特性数值模拟研究

网管式分离器占地面积小,能够满足在线、低能耗及连续分离的要求,适用于深水、荒漠和山区等特殊环境下的多相分离。该文对气液段塞流在网管式分离器中的流动分离与流场演变过程进行了三维数值模拟,分析发现,支管间距为16倍直径的五根支管双层网管式分离器可以达到良好的分离效果,气液两相在前两根支管内存在激烈的流动竞争现象,对气液分离贡献最大。沿程支管的液柱高度逐渐下降,气液交界面愈加趋于稳定。随着气相体积分数的减小,段塞流在分离器主管中逐渐演变为气泡流。表明在该模拟的工况条件下,调整支管间距及个数可以达到较理想的分离效果。     

油水分离技术研究之一--直管和螺旋管的数值模拟

本文采用数值模拟的方法研究油水混合物在直管和螺旋管中的流动状况。计算采用Euler-Euler法和Euler模型：支配油水分离两相流动的基本方程包括连续方程和动量方程,湍流模型采用多相流中混合型k-ε模式,基本方程的离散和求解采用SIMPLE算法。利用Fluent软件,以直管和螺旋管为例进行了计算,获得了初步计算结果。计算表明,本文所用方法可以较好地模拟直管中油水在重力作用下的分离,以及螺旋分离器中油水在重力和离心力共同作用下的分离现象。并可为实验研究提供参考。     

单向调压塔与稳压塔联合设置对水锤的防护研究

在长距离、大流量和复杂的有压输水系统中,采取联合使用单向调压塔和稳压塔的设计方案,能有效地防止输水系统在事故停泵过程中所产生的负压和防止液柱分离现象的发生。同时对单向塔和稳压塔的体积进行优化,可以保证输水系统的安全。对某长距离输水系统的布置与水力过渡过程计算结果、单向塔和稳压塔的合理设置方案及其比选过程、数学模型的建立及模型的数值求解过程、实例分析等作了较为详细的介绍。     

钢筋混凝土构件细观数值模拟分析

在混凝土材料的细观力学分析模型基础上,提出了一种钢筋混凝土构件非线性力学特性分析的细观数值方法。使用本文细观力学方法对轴压加载作用下某一钢筋混凝土柱的损伤破坏过程及宏观力学特性进行了数值模拟研究,并与试验结果和宏观力学模型方法分析结果进行了对比。研究表明：(1) 细观尺度上,采用细观力学模型获得的钢筋混凝土柱的破环模式及宏观力学性能均与试验结果吻合很好,验证了本文细观力学方法的有效性和准确性;(2) 相比于宏观尺度分析模型,细观力学模型考虑了混凝土的非均质特性,从而更真实地揭示了钢筋混凝土柱的破坏过程及破坏模式,且计算结果与试验结果对比也更为吻合。     

输水管线启动填充过程含滞留气团瞬变流数值模拟

针对长距离输水管道系统启动填充过程中水流冲击滞留气团的水气耦合瞬变流现象,考虑水体弹性、气体可压缩性、水-气交界面的动态运动以及多气团间的相互作用,推导建立含多段滞留气团的输水管线启动填充过程的数学模型.提出采用局部插值法动态追踪水气交界面,采用特征线法对数学模型进行求解.计算结果与试验结果的对比验证了该模型能够准确地...     

透水框架的三方柱绕流数值分析

针对四面六边透水框架按高度分层后形成等边三角形布置的三方柱绕流问题进行了数值模拟,分析不同间距比l/d=1.5,2,3,4,5,7下流场分布和各方柱的升、阻力系数以及斯特劳哈尔数的特性。研究结果表明:当l/d=1.5~7时,B,C柱尾流场经历了近处漩涡掺混到近处漩涡分离,远处漩涡掺混到远处漩涡分离,最后形成各自独立的方柱绕流;在l/d=2时,各方柱的平均阻力系数明显减小,并且通过对流场分析发现此间距比下对水流的减速效果最明显;由于B,C柱的存在与单方柱绕流有很大区别:在流场方面,l/d=1.5时,B,C柱限制A柱边界层剪切带的卷起,随间距比的增加这种现象逐渐消失;在动力特性上,A柱的阻力系数明显小于单方柱绕流情况。斯特劳哈尔数Sr随间距比的增大而逐渐增大并趋近于单方柱绕流的值。     

A second-order Finite Volume Method for pipe flow with water column separation

A second-order explicit Finite Volume Method (FVM) based on Godunov-type schemes is presented and applied to water column separation (WCS) in pipelines. The treatment of two-phase fluid in the model is similar to the ideas of the classic discrete vapor cavity model (DVCM) based on method of characteristics (MOC). The challenge in using the FVM is how to capture vapor cavities and predict their growth and collapse. The FVM introduced here assumes the vaporous cavity is concentrated at the middle of control volume, and divides the local control volume into two equal halves, in order to calculate the vapor cavity volume. The proposed model is based on the exact Reimann solution of the coupled continuity and momentum equations, and second-order accuracy is achieved by means of data reconstruction based on slope limiter, an approach which prevents the development of spurious oscillations near in the vicinity of high gradients. Predictions of FVM-DVCM for transient pressures caused by WCS and rejoining are compared to published experimental data and to numerical results from the classic DVCM. Pressure results from FVM-DVCM show considerably better agreement with experimental data and significantly avoid unrealistic artificial spikiness with finer grids.     

EXPERIMENTAL STUDY OF FRICTION FACTOR FOR GROUNDWATER FLOW IN A SINGLE ROUGH FRACTURE

To study the relationships between the friction factor f and the flow type in a single rough fracture, the formulae of f for both unconfined and confined flows are deduced based on previous studies. The relationships between f and the Reynolds number (Re) for different relative roughnesses are investigated experimentally. The Moody-type diagram, based on the deduced formula of f, is also plotted and the hydraulic characteristics of the flow in a rough fracture are analyzed. Results show that the Moody-type diagram of the experiment has a similar distribution to that of the conventional Moody diagram. It is found that the value of f in the experiment is much smaller than that of the conventional Moody diagram and turbulent flow appears easier for rough fractures, which can be explained by the separation phenomenon in boundary layers. The critical Re ranging from 650 to 700 in rough fractures is concluded based on the experimental results. It also can be concluded that the friction factor f is related not only with the Re and the relative roughness but also with the absolute roughness.     

表层排放温水在陡岸型深水中温度层化的测量与模拟

为了研究水体温度分层现象与规律,针对表层排放温水在陡岸型深水中的温度分层现象进行了测量和模拟。首先建立一个表层排放温水在陡岸型深水环境中对流扩散的试验模型,利用温度同步测量系统测量了模型中水体温度场随时间的变化。然后,利用TELEMAC-3D软件建立了一个相应的三维流场与温度场数值模型。根据试验数据对模型进行率定,并开展与试验对应的模拟。结果表明,温度分层后水体从上至下可分为表层同温层、密度跃层和下部滞温层。数值模拟结果与试验结果吻合,所建立的数值模型可作为研究水体温度分层现象和规律的工具。通过分析模拟结果中水体温度分层与理查德森数(Ri)的关系,验证得到判断温度场分层与混合的理查德森数(Ri)临界值为0.25。     

Qualitative comparisons of experimental results on deterministic freak wave generation based on modulational instability

A number of qualitative comparisons of experimental results on unidirectional freak wave generation in a hydrodynamic laboratory are presented in this paper. A nonlinear dispersive type of wave equation, the nonlinear Schrödinger equation, is chosen as the theoretical model. A family of exact solutions of this equation the so-called Soliton on Finite Background describing modulational instability phenomenon is implemented in the experiments. It is observed that all experimental results show an amplitude increase according to the phenomenon. Both the carrier wave frequency and the modulation period are preserved during the wave propagation. As predicted by the theoretical model, a phase singularity is also observed in the experiments. Due to frequency downshift phenomenon, the experimental signal and spectrum lose their symmetric property. Another qualitative comparison indicates that the Wessel curves for the experimental results are the perturbed version of the theoretical ones.     

设置保水堰管涵输水系统的水力瞬变数值仿真

为研究大型调水工程的水力瞬变过程,采用明渠非恒定流方程及Preissiman方法模拟无压管涵非恒定流、有压管涵水击和明满交替流,提出了设置保水堰的长距离管涵输水系统的水力学仿真模型。所建立的数值模型可模拟包括管涵明满交替和保水堰跌水等复杂的水流现象。数值仿真结果表明,在检修闸门和下游管涵之间设置保水堰,可以调节输水管道内的压力,避免紧急启闭时发生液柱分离以及检修闸门突然关闭时因明满流交替而产生强烈的冲击水压。     

NUMERICAL AND EXPERIMENTAL STUDY ON LIQUID-SOLID FLOW IN A HYDROCYCLONE

Hydrocyclones are widely used in industry, of which the geometrical design using CFD techniques is gaining more popularity in recent years. In this study, the Euler-Euler approach and the Reynolds stress model are applied to simulate the liquid-solid flowfield in a hydrocyclone. The methodology is validated by a good agreement between experimental data and numerical results. Within the research range, the simulation indicates that the liquid-solid separation mainly occurs in the conical segment, and increasing conical height or decreasing cylindrical height helps to improve the grade efficiencies of solid particles. Based on these results, two of the same hydrocyclones are designed and installed in series to establish a liquid-solid separation system. Many experiments are then conducted under different conditions, in which the effects of the water cut and the second hydrocyclone on the separation are investigated. The results also confirm that smaller solid particles are more susceptible to the inlet conditions, and the second hydrocyclone plays a more important role as the water cut reduces.