非牛顿流体流动的稳定性参数Y及其应用

本文采用涡旋模型分析了紊流产生的机理,提出了一个新的稳定性参数Y,并且研究了幂律流体在圆管中流动状态的转变。理论分析与实验数据的比较表明:用稳定性参数Y来判别非牛顿流体的流动状态,可以取得令人满意的结果。     

轴流式水轮机模型飞逸过程三维湍流数值模拟

通过作者建立的非稳态过程三维湍流数值模拟方法,模拟了轴流式水轮机模型飞逸过程,并进行了其三维数值湍流计算,获得了机组到达最大转速时所需时间、最大飞逸转速值、飞逸过程内特性流场演变规律以及转速、流量、力矩与测点静压随时间变化的曲线。计算结果表明,所得最大飞逸转速与试验值非常接近,误差在1.5%以内;所得力矩及流量等外特性参数变化过程均符合高比转速水轮机理论特性;当转速增大到某一数值之后,尾水管水力稳定性急剧恶化是引起机组振动的主因。     

BINGHAM液体在圆管中流动的稳定性

将涡流模型［１］推广应用于研究一类带屈服应力的液体－Ｂｉｎｇｈａｍ液体在圆管中流动的稳定性，建立了判别其流动状态的判据──广义临界雷诺数Ｒｅｃ。同时将Ｍｉｓｈａ—Ｔｒｐａｔｈｉ［２］和ＨａｎＫｓ［３］流动稳定性理论用于该问题的研究。各模型的研究结果与Ｆｒｏｉｓｈｔｅｔｅｒ＆Ｖｉｎｏｇｒａｄｏｖ提供的实验数据［４］进行了比较。理论分析与实验资料表明：涡流模型对于非牛顿流体的流动稳定性研究具有较好的适应性与准确性     

关于水轮发电机组额定水头选择的探讨

三峡工程技术设计审查中,提出了从水轮机运行稳定性出发,以最大水头及其相应水头的比值,选择机组额定水头、设计水头的新观念。为避免水轮机在最大水头运行时导叶开度过小而落入运行不稳定区,控制水头比值Hmax/Hr、Hmax/Hd很重要;不同特性的水轮机可选择不同的水头比值,用于中低水头的中高比速混流式水轮机,建议水头比值Hmax/Hr≤1.08～1.19,用于中高水头的中低比速水轮机,Hmax/Hr≤1.13～1.34。为保证运行稳定性需控制的水头比值Hmax/Hr、Hmax/Hd在数值上很相近,建议将机组额定水头Hr和设计水头Hd统一为一个定义,从而使额定转速、额定流量、转轮标称直径、吸出高度等都统一成为额定水头、额定出力(容量)的衍生参数。     

模型轴流式水轮机飞逸过程三维CFD数值模拟

水轮机飞逸参数的准确计算直接影响水轮发电机组的造价与安全,是水电工程设计的重要内容之一。针对现有数值解法在水轮机飞逸过程计算中,计算精度较低,无法直观反映流场内特性,本文建立了一种非稳态过程三维CFD数值模拟方法,并以某模型轴流式水轮机飞逸过程为例,进行了三维数值湍流计算,获得了模型机组到达最大转速时所需时间、最大飞逸转速值、飞逸过程内特性流场演变规律以及转速、流量、力矩与测点静压随时间变化的曲线。对上述计算结果进行分析比较可知,计算所得最大飞逸转速与试验值非常接近,误差在1.5%以内;所得力矩及流量等外特性参数变化过程均符合高比转速水轮机理论特性;当转速增大到某一数值之后,尾水管水力稳定性急剧恶化是引起机组振动的主因。     

乳化剂添加对气液垂直管流中压降影响的研究

在石油工业真实管路流动中,几乎都伴有乳化剂的添加。然而由于气液两相流动的复杂特性,考虑乳化剂对立管系统气液两相垂直管流压降影响规律的研究工作,仍十分有限。该文通过理论分析与实验研究相结合的手段,对伴有乳化剂添加的气液垂直管流流动特性和压降特征进行探讨。理论推导部分基于发展的漂移流模型,给出了气体上升聚并过程的物理解释。流动实验部分采用内径为25 mm的有机玻璃管作为实验管路,垂直管段长度为3 000 mm。乳化剂选用工业上常用的十二烷基苯磺酸钠,并在动态实验前进行了物性参数测定,给出了乳化剂对液相介质的影响规律。基于实验结果给出了流动参数间的无量纲关系,并发现乳化剂的添加可以促进流动更加趋于稳定。此外,还对流动过程中的流动形态、持液率、压降特性等进行了探讨,其结果可为今后研究工作提供参考。     

混流式水轮机固定导叶和动导叶准的三元流动计算

采用 S1、S2两类相对流面理论的准三元流动计算方法,研究了混流式水轮机固定导叶和动导叶的流场。在 S1流面上建立势函数方程,S2流面上建立流函数方程,通过两个流面的叠代计算得到该流场的流动状态。这一成果可以用来分析混流式水轮机座环和导水机构区域的水流情况。     

在封闭地层中非牛顿幂律流体压降特征分析

研究非牛顿流体压降特征有助于提高聚合物驱油或常规稠油开采效果.本文首先用Laplace变换方法给出了封闭地层中非牛顿幂律流体不稳定渗流数学模型的解析解式,然后通过渐近分析给出了比较完整的压降流动期表现公式,其中晚期拟稳态表达式是一个新的结果,而通过流动期渐近公式可以对非牛顿幂律流体压降测试数据进行简洁分析,文中给出了具体应用方法和步骤.     

润湿性微纳米圆管中去离子水的流动特征

在传统的流体力学中,流体在固壁处流速为零,即无滑移边界条件。在微纳米条件下,由于固液界面作用力增大,无滑移边界条件不再适用。该文首先从微米石英圆管中的流动实验现象出发,给出润湿性边界黏滞层厚度随应力变化的边界模型。在此基础上推导出层流条件下,微纳米管中的流量公式,并对流量公式进行渐近分析,同时也分析流动微纳米尺度下的流动特征。最后用微米圆管中去离子水的流动实验,对新建的理论模型进行验证。研究表明:润湿性条件下,边界黏滞层厚度随驱动力的增大而减小;新建立的微纳米尺度下的边界模型和流量公式非常符合实验结果,其中一次方的流量模型应用时更为简单,在压力梯度较小时,指数项起作用产生了非线性流动的效果。     

基于桨叶调节的轴流转桨式水轮机模型飞逸数值模拟

为了研究不同桨叶启闭规律对轴流转桨式水轮机飞逸过程的影响,采用三维非定常数值方法模拟了5种桨叶控制方式下的轴流转桨式水轮机模型飞逸过程,对比分析了转速、流量、力矩和压力脉动等参数随时间变化特性及桨叶表面压力分布和尾水管内流场演变规律。结果表明:以桨叶静止工况下的最大逸速为基准,在±10°内启闭桨叶对最大逸速影响范围为-6.6%~5.0%;在飞逸过程中打开桨叶会加剧外特性参数波动,尾水管中心部最大负压值可达初值的2.86倍,产生的偏心螺旋涡带诱发强烈低频脉动,不利于机组稳定;关闭桨叶可降低水流流速,减小压力脉动及改善尾水管流态,但需探究合理关闭方式以避免过大的转速最大上升值。     

对称突扩水流流态失稳和流场结构

对称突扩分离再附水流现象广泛存在于工程和生活中,流道突扩易产生局部水头损失、压力变化、结构振动、次生噪声等,对称突扩存在流场对称性失稳现象,如管道对称突扩等。然而,由于紊流的复杂性和量测技术的局限性,人们对其流动特性和流态演变规律认识仍然不足,有必要开展对称突扩流动的流场结构分析研究。本文基于物理模型试验和高精度图像粒子测速技术,模拟了不同雷诺数条件下（Re=539~48 911）对称突扩水流流动现象和精细流场结构,包含层流、过渡流和充分发展的紊流典型流态,随着雷诺数Re增加,流态从层流过渡到紊流,从对称到非对称分布,其流态发生对称性失稳,高雷诺数紊流时主流偏向一侧,流场结构相对稳定;揭示了突扩水流主流两侧形成的非对称分布的大尺度涡漩结构,其与流场对称性失稳有关联。     

改进的春日屋测流法在流量简测中的应用

以浙江省温州市永嘉石柱站为例，介绍了改进的春日屋测流方法在简化测流中的具体应用。     

螺旋流混合器内部流动及换热分析

构建了一种无运动部件的螺旋流混合器三维模型,运用计算流体力学理论,采用湍流、非定常和传热模型,模拟了冷、热水在混合器中螺旋混合的过程,并通过对混合器内流线和温度分布等的分析,探讨了混合器内部流动和能量交换的规律,以及进口流速和混合器容积的变化对其出口温度的影响。计算结果表明:螺旋流混合器可以得到了比较好的混合效果;在一定的阻力下,进口速度越大越易形成旋流,混合效果越好;螺旋流混合器的容积变化对混合效果影响明显,随着容积的增大,调整时间显著增加。     

明渠挟沙水流的两相流模式

本文从两相流基本方程出发对明渠挟水流含沙量、流速垂线分布及近底层平均流动特性进行了理论研究，建立了一个新的泥沙扩散方程，并用大量资料进行了验证。结果表明：现有含沙量公式和流速垂线分布公式只是本文理论模式在低含沙量条件下的简化形式。当含沙量增加时，固相泥沙对流动结构的影响亦趋显著而不可忽略。精确模拟水沙流动，需要发展高级的两相湍流模式。     

溢洪道水流特性分析

溢洪道的控制段之后常设置收缩段,并且溢洪道的水流一般为急流,因此,在收缩段内将产生陡冲击波,使溢洪道内水流的流态复杂化。收缩段的水流特征应采用冲击波理论分析计算,只有正常陡槽段的水力计算才可采用能量公式。分析表明,由于收缩段和正常泄槽段的相对水位不同,将产生不同的水面衔接形式。大多数情况下,收缩段的陡冲击波控制溢洪道陡槽的过流能力与边墙高度。     

恒定有压扩散流中的局部非稳态流动试验研究

试验研究了恒定二元水平有压扩散流中的局部非稳态流动现象。利用壁面丝线流动显示技术观测了局部非稳态流动现象,给出了发生局部非稳态流动的临界扩散角;利用三维点流速仪对局部非稳态流动的流速进行了数据采集,通过功率频谱分析和互相关分析,得出了非稳态流动的基本特征;探讨了局部非稳态流动的成因和条件。     

基于面积流测量原理的一种新型流量测量装置

流量测量装置在自动化系统中应用非常广泛,在热力发电厂中流体的流量直接反映负荷高低、工作状况和运行效率。基于不同测量原理的装置其应用场合也不尽一样,在风量控制领域近几年也出现了十几种形式各异的产品,各种产品都有其自身的优缺点。分析了各种装置的原理及优缺点,重点介绍了一种新型的基于面积流测量原理的测量装置。     

再论异重流和均质流动的一些相似关系

在对上层静止下层流动的异重流和均质明渠流之间相似关系研究的基础上,本文将这一成果推广,给出了上层流动下层静止的异重流和均质明渠流之间的一些相似关系,并将结果应用于二维重叠式排取水口的水深计算,结果与前人的实验一致。考虑到实际的重叠式排取水口都是三维的,所以本文利用前人的实验结果,进一步给出了三维重叠式排取水口高度及水深的计算方法,所得结果揭示了排水口温差水跃的形成机理和形成条件。     

两种流态区域条件下的井流问题的解析解

文中针对在均质等厚、无限分布的承压含水层中，以定流量抽水时，抽水主孔附近含水层会存在非线性流区域的问题，根据水量平衡原理，分别建立了线性流区域和非线性流区域的水流运动方程，采用Boltzmann变换对其求解，得到了计算两个区域中任一点的渗流速度和水位降深的解析公式。     

浑水,含沙水流,泥石流的鉴别

本文从连续介质的流变曲线出发，从理论上探讨了伪一相流二相流的力学特性，两相流中表现宾汉屈服剪应力随含沙量的变化以及区分牛顿体，非牛顿体的含沙量界限，和高含沙水流与泥石流的动力学区别，给出了鉴别浑水、高含沙水流和泥石流的特征值表。