掺气射流水下扩散浓度分布规律研究

本文对掺气射流在水垫塘扩散的浓度分布规律进行了理论分析与试验研究．实测资料表明：在冲击射流区，掺气射流不同断面的浓度分布存在一定的自模性，且近似符合高斯分布，与理论计算基本吻合．射流轴线浓度沿射流流程以双曲线规律衰减，并给出其半经验公式．     

掺气射流冲刷的数值模拟

在贴体非正交曲线坐标系中,采用控制体积法对掺气射流对散粒体河床的冲刷进行了数值模拟.根据冲刷过程中冲刷深度和坑底压力及流速之间的平衡关系,建立了控制冲刷坑底边界的方法.计算的冲坑深度随着掺气浓度的增大而减小,与试验结果相一致,并且冲坑深度与试验结果符合很好,结果令人满意.用相同的控制散粒体河床冲刷深度的参数,对不同掺气深度、不同水垫深度、不同水流入射速度情况下冲坑深度的正确模拟,说明用数值方法来模拟掺气射流对散粒体河床的冲刷过程及估算冲刷坑深度是合理、可行的.     

射流孔入射雷诺数对循环射流混合槽内流场特性影响研究

采用计算流体力学方法对循环射流混合槽内多孔耦合射流流动特性进行研究,分析射流轴截面内纵向速度分布、中心线速度衰减及其自相似性在不同射流孔入射雷诺数下的变化规律.结果表明:随着射流孔入射雷诺数的增大,三股射流在汇聚区相互卷吸与掺混,逐渐提升纵向速度,导致三股发展为两股射流;射流孔入射雷诺数的增大,减弱了射流中心线速度与初始速度比值的衰减趋势,同时增强了射流轴截面内纵向速度的自相似分布特性.     

明渠自掺气水流速度分布的试验研究

针对现有掺气水流速度实测资料较少，且测量结果存在较大差异，采用针式掺气浓度仪对自掺气水流的流速进行了实验研究，结果表明：明渠自掺气水流的速度存在一个自底面向水面方向不断增大，然后再逐渐减小的过程；依据测量所得的掺气浓度与流速资料，采用分段求和的方法得到的断面统计流量与实际流量的误差很小，表明测量结果是可靠的。将试验结果与前人的研究成果进行分析比较发现：掺气水流的速度分布与水流是属于部分掺气、完全掺气还是强烈掺气等有关。前人在研究掺气水流的速度分布规律时，之所以得出了不同的掺气水流速度分布规律。是由于掺气强度不同所致。     

高坝下游水体中溶解气体过饱和问题研究

提出高坝下游水垫塘中总溶解气体(TDG)饱和度的计算与下游河道水体TDG饱和度的计算应采用不同的方法;并利用高速射流实验,及自行设计的产生TDG过饱和的实验装置,进一步分析了高坝下游水体中TDG过饱和的成因,找到了影响大坝下游TDG释放速率的主要因素.指出由于水垫塘中气泡被带入水体深处,使得水体存在溶解度梯度,溶解度沿着水深方向增加,深处水体能溶解更多的气体,在水流的紊动掺混下,高浓度的溶解气体被带入到较浅水深处,造成部分水体TDG过饱和.在没有掺气的条件下,过饱和溶解气体释放速率随着紊动强度的增大而增大,随着水深的增加而减少.     

底掺气坎对侧空腔长度的影响

侧空腔长度对射流挟气量及水流流态均有重要影响,采用3维数值模拟,分析了底部掺气坎尺寸对侧空腔长度的影响规律.结果表明,侧空腔长度及侧空腔形态受底部掺气坎的体型尺寸影响较大,随着底部掺气坎尺寸的增大,侧空腔长度增大,其主要原因在于底部掺气坎的尺寸会影响射流跌落至底板的位置,影响射流段动水压力的分布,从而影响射流的横向扩散速率.     

含沙水流深层排放入海的浮力射流模拟

为准确评价污水深层排海对环境水域的影响,开展深水排海的数值模拟预测研究具有重要意义。建立考虑泥沙和盐度差引起的浮力射流影响的3维泥沙和盐度输移扩散的RNG κ-ε紊流模型,通过室内机理试验对模拟流场和盐度场进行了验证,模拟结果和试验结果符合较好;利用该模型对低盐度含沙水流排入某海域后的水力特性以及盐度和含沙量扩散对环境水体的影响进行模拟预测。结果表明：含沙的淡水水流排入海水后由于密度差而呈现出上升的浮力射流的特征,射流轴线在垂向上呈抛物线形态;浮力射流到达水面后,以该点为中心,呈蝴蝶型形状向四周扩散,污染带平面范围逐渐增大,影响范围内盐度持续减小,含沙量持续增加;污染带在开始时段扩散速度较快,随着掺入水体的影响范围加大,污染带边界向四周推移的速度逐渐放缓。     

掺气挑坎通气量试验研究(研究生论坛）

为了避免高速水流对过流面的空蚀影响,国内外高水头泄水建筑物多采用强迫掺气设施,同时必须保证掺气空腔内有足够的通气量。通过模型试验,从水力参数方面研究了掺气挑坎通气量的影响因素。试验结果表明,影响通气量的原因主要分为两方面：一方面为水体本身容纳气体能力,主要由水深决定;另一方面为水流从底空腔中吸纳空气的能力,主要由挑坎流速和底空腔长度决定。分析得出：水深较小时,水体本身所能容纳的通气量对掺气起主导作用;水深较大时,挑流水舌能从空腔中吸纳的通气量对掺气起主导作用。分析试验结果,综合考虑水体自身的容纳空气能力和底部临空面卷气能力两方面原因,提出了掺气挑坎通风量的经验计算公式,可作为泄水建筑物掺气挑坎理论计算参考公式。     

溶解气对气水界面的影响的数值模拟研究

在水溶性气藏的开采过程中,地层压力下降,水体中的溶解气释放会影响气水界面运动,进而对气藏的开发效果产生影响。通过实验获得不同压力下的水溶气含量,然后采用数值模拟技术模拟和对比不同水溶气含量下的气井见水时间、见水前气井的水锥高度、见水后非锥进区域气水界面的上升高度。结果表明,水中溶解气的释放对气水界面的影响可分为2个阶段:在气井见水前,水溶气含量越大,气井的水锥上升速度越快,气井见水时间越早;在气井见水后,水溶气含量越大,非锥进区域的气水界面上升速度越慢。水溶气释放对气藏开发的影响不可忽视,开采过程中应采取必要的防水措施。     

低弗氏掺气水流的阻力效应研究

根据某水电站尾水洞模型试验观测到的水流现象与实测资料,分析了低弗氏水流在强迫掺气情况下,掺气浓度大小对水流沿程水面线、断面流速分布及沿程总水头线等水力要素的影响.分析表明:低弗氏水流掺气后存在减阻增速效应;水流掺气后其密度及黏性降低是产生减阻增速效应的主要原因,增加水流的掺气浓度,可相应提高减阻增速效应,减少能量损失.     

淹没射流流场演化过程研究

摘要：采用大涡模拟方法（LES）研究了淹没射流紊动流场的演化过程,分析了速度、压力、涡量的演化规律和它们之间的内在联系。研究发现,压力场等值线呈一簇簇同心圆分布,沿射流轴线方向圆心高压和圆心低压交错分布,随着射流的进行,同心圆随射流下移并伴有变形、分裂、融合等现象;分析速度场发现射流轴线处存在高速流体团脱落现象,在固定点处的速度和压力大小有很好的负相关关系;分析涡量场发现涡旋的摆动造成了射流主体的摆动,涡旋的存在导致了压力场圆心低压和圆心高压交错分布的现象。     

Analysis of chamber effect on intermittent pulsation

A numerical study was conducted to seek an optimized dimension of jet chamber in the pulsating impinging flow.The flow and heat transfer effect of the pulsation flow through a jet chamber was investigated.The numerical results indicate that heat transfer effective enhances near the stagnation region for the intermittent pulsed flow with jet chamber compared to that without jet chamber.Simulations of the flow through a jet chamber show that the heat transfer rate on the impingement surface is highly dependent on the velocity at the position which is really close to target surface.Examination of the velocity field suggests that the velocity exists a maximum value as the axis distance increases.In addition,the velocity at the jet hole is enlarged by the jet chamber due to the entrainment effect,and the velocity is amplified even greater as the size of the jet chamber becomes bigger.Nevertheless,the velocity declines quickly while the flow axis distance is more than a certain range,leading to poor heat transfer.Thus,intermittent pulsed flow with jet chamber is suggested as a method of improving heat transfer by employing larger dimensions of jet chamber for appropriate jet-to-surface spacing.     

钢筋混凝土岔管锐角区修圆优化的压强分布不均匀性研究

修圆优化是缓解钢筋混凝土岔管锐角区应力集中现象的有效措施之一.针对该措施对岔管水力特性带来的显著影响,作者选取Realizablek-ε模型,结合实际工程进行CFD数值模拟,在对岔管的流态特征与水头损失等进行分析的基础上,针对典型断面及管壁压强分布的不均匀性进行定量研究,给出了典型断面压强分布不均匀性衡量标准.结果表明,分岔处附近管壁压强分布不均匀且左右呈现较明显的不对称性,锐角区修圆半径的增大能略微降低岔管水头损失,正常发电工况下,修圆半径小于约0.5倍最大公切球半径时能小幅改善岔管流态,但继续增大修圆半径会恶化流态并增大近分岔处压强分布的不均匀程度.     

水垫塘冲击射流附壁区的水力特性

采用粒子成像测速技术(PIV)获得了水垫塘冲击射流全域瞬时精细流场,并在此基础上,对附壁射流区的流速分布规律和水流紊动特征等水力特性进行了系统研究.结果表明:在附壁射流区,射流横向断面的流速、紊动强度分布呈自相似分布规律,具有自由射流的特征;在射流纵向,流速随着流程增加而线性减小,射流半扩展厚度和紊动强度随流程增加而线性增大;并提出了描述附壁射流区射流横向断面流速、紊动强度分布规律的方程,同时得到了附壁射流区射流纵向上流速、半扩展厚度和紊动强度沿流程变化的计算公式.     

Experimental study on flow and heat transfer characteristics of synthetic jet driven by piezoelectric actuator

To investigate the flow and heat transfer characteristics of a synthetic jet driven by piezoelectric actuator, experimental investigation utilizing particle image veloci- metry, hot-wire anemometer and infrared camera was carried out. The results show that: (1) At the jet orifice exit, pairs of vortexes are generated, broken down and merged together periodically, forming a steady jet within a several slot width from distance near the orifice exit. And during the development, the synthetic jet spreads rapidly along the minor axis direction of the orifice. While along the major axis direction, the synthetic jet contracts firstly and then spreads slowly. (2) Exci- tation frequency forced on the actuator has a great effect on the synthetic jet flow field. There are two resonance frequencies at which the mean velocity and vorticity of the synthetic jet are maximized, especially at the higher resonance frequency. The resonance frequency values obtained by the experiment are lower than the theoretical values. (3) Similarly to the common jet impingement, the convective heat transfer coefficients at the target surface impinged by the synthetic jet also take on up-down tendency varying with the jet-to-surface spacing increment. But the jet-to-surface spacing ratio for optimum cooling achievement is greater and the cooling action region is wider than the former, indicating that the synthetic jet in- troduces a stronger entrainment and more vigorous penetration in the surrounding fluid.     

单股水平淹没射流的理论计算与数值模拟

采用理论分析的方法,利用单股水平淹没射流纯水状态下射流中心轴线流速的试验推导公式,进行不同流程下中心轴线最大流速的计算。然后利用FLUENT流体计算软件,对单股水平淹没射流进行数值模拟研究,求得射流相对应流程上中心轴线的最大流速,并与理论分析结果加以比较,从而验证CFD流体计算软件对淹没射流研究的适用性和准确性。     

浅水流动环境中垂向缝隙射流的数值模拟

为探求浅水流动环境中缝隙射流的流动规律,提出射流的影响范围公式与流动转变条件.应用体积率（VOF）方法跟踪处理自由水面,利用重组化群（RNG）紊动动能-紊动耗散率（k-ε）模型,对浅水流动环境中垂向缝隙射流进行数值模拟.研究流速分布和自由水面位置,对比数值模拟与物理模型试验结果,分析流动转变条件.结果表明,计算结果与试验结果吻合较好,射流出口断面垂向流速分布符合半无限域中射流流速的衰减规律,流速场分布及自由水面位置在小流速比、临界流速比及大流速比下存在不同特性,自由水面隆起高度和流速比、水深比有关,射流对上游的影响距离随流速比增大而增大.     

非等温平行流下吹吸式通风系统流场的数值模拟

为探究非等温平行流下吹吸式通风系统的流场与污染物扩散规律,采用CFD的方法模拟典型三维一吹一吸两侧中心对称排布的吹吸式通风系统。对比模拟结果与实验数据,得知两者的变化趋势基本吻合。研究结果表明,当流场中送风速度一定、射流与环境空气存在温差时,随着温差增大,阿基米德数增大,轴心速度快速递减;轴心温度沿着吹吸流场方向下降;涡流中心先增高后降低。污染物扩散方面,当送风温度接近环境温度时,系统吸收污染物的能力最好。当射流与环境温差一定时,流场中送风速度增大,阿基米德数减小,轴心温度先增大后减小,流场的涡流中心向上偏移程度减小。可见,增加送风速度有利于系统的污染物吸收,减少污染物逃逸。     

流化床射流区域颗粒浓度分布的实验研究

为了掌握操作条件对流化床射流区域颗粒浓度分布的影响,应用光纤颗粒浓度测量系统,对直径为1 m的半圆射流流化床射流区域颗粒浓度分布进行了考察,以聚苯乙烯颗粒为物料研究了不同操作状况(环管气速,射流气速和分布板气速)对流化床射流区域时均颗粒浓度分布的影响,分析了不同操作工况下颗粒浓度分布变化的规律.结果表明:在3种气速共同作用下射流区域颗粒浓度在径向上逐渐增大,在轴向上随着气泡的逐渐增大到崩塌其颗粒时均浓度逐渐降低.由于射流气速增加导致射流深度增加,继而固体颗粒的循环速率增大,射流区颗粒的体积浓度随射流气速的增加先降低后增大.随着分布板气速的增加射流区域时均颗粒浓度增大,环管气速增加其射流区颗粒浓度逐渐降低.     

超流氦中喷射流流场的PIV可视化观察

利用粒子成像测速仪(PIV)对射入到超流氦液浴中的喷射流的初始发展阶段进行观察,主要考察了流型和流场分布状况,旨在分析通过喷射流来实现的示踪粒子投放过程的实际效果及其对测量精度的影响情况.超流氦液浴温度为1.8K,示踪粒子为1.7μm直径的复合物粒子,高速相机拍摄的相邻照片间隔时间为3ms.实验中观察到的喷射流具有一抛物线形状的流型,与正常流体中观察到的喷射流具有一定的相似性.速度场分析结果也显示,射流内的速度场分布远不如正常流体中均匀和规律变化,其中存在许多局部的涡旋流.沿着射流方向上速度的波动幅度越来越小,平均速度在行进了约35mm后降至2mm/s量级.