用MATLAB实现平面势流的有限单元法计算与可视化

很多的实际水流问题可近似地用势流理论来求解，常采用的计算方法是有限单元法，通常用FORTRAN、C语言等编程求解，但计算程序比较复杂。本文介绍了MATLAB的偏微分方程工具箱(PDE Toolbox)，并用于圆柱绕流计算及图形显示计算结果。计算表明，用MATLAB的PDE Toolbox求解平面势流便捷高效，值得研究应用。     

大体积混凝土最高温度实用解法探讨

在大体积混凝土最高温度求解计算中,因求解公式复杂,计算量也很大,常不得已而用线性近似求解,导致计算结果精度降低.推导探讨的温差极值法,通过公式演绎将温度关系求解先转变为温差关系求解,再通过温差关系很方便地做出温度求解图.既大大减少了计算工作量,又保证了计算结果精度,且方便了工地现场设代查图得解.此方法经在三峡等工程中的运用,取得了良好的效果.     

非棱柱体渠道水面线“分段求和法”的Excel求解

针对非棱柱体体渠道水面线"分段求和法"计算量大、不易快速求解的问题,将Excel软件用于水面线的计算,用"分段求和法"的基本思路编写Excel软件计算程序,用"单变量求解"的方法求解已知断面的水深。这种方法可快速确定水面的位置。     

用角变位移法计算弹性支座上的拱

本文介绍用角变位移法计算弹性支座上的拱并对拱结构的几个形常数进行推导。文章还叙述了用角变位移法计算弹性支承拱的结构内力。列出了求解方程,就可以求解各杆端的力矩、轴向力和切力。     

改进的椭圆边值问题边界条件算法

针对用有限元方法来求解椭圆边值问题时的边值条件处理，通过引入一种边值条件处理技巧，提出了只选取求解区域内部节点组成的方程组进行求解的算法，该算法使得在一定程度上提高了计算精度、降低了计算复杂度。     

Excel软件在小流域设计洪水计算中的应用

文章提出了用Excel软件求解推理公式法计算小流域设计洪峰流量的方法。实践证明,该方法计算准确、便捷,有较高的实用价值。     

推理公式的一种简化算法——牛顿迭代法

针对小流域设计洪水计算中 ,采用推理公式求解洪峰流量Qm 及汇流时间τ的方法繁琐 ,查算精度较低等问题 ,提出用牛顿迭代法求解 ,该方法较原图解试算法收敛快 ,迭代次数少 ,计算速度快 ,精度可靠 .计算实例表明 ,用简单迭代法与牛顿迭代法计算设计洪峰流量 ,其结果与图解试算法完全一致 .     

孤立闸墩流固耦合振动问题的研究

本文用分区解法求解孤立薄壁墩(悬臂板)振动诱发的三维势流场;用Rayleigh法求解板与流体的自由耦合振动角频率;最后对计算结果进行了实验验证。     

明渠梯形断面临界水深计算公式的推求

在明渠水流的流态判别中,临界水深是一个很重要的标志,梯形断面临界水深的计算,一般借助于图表、试算和图解,且求解显得很复杂。此临界水深的求解能否用公式表达,并便于用计算器计算?笔者通过研究,导出了临界水深的e~(-x)函数形式的表达公式,经大量的计算和验证,证明利用一般的函数计算器计算,都能达到计算速度快、结果准确等优点。     

用概率矩阵进行水库调节计算

随着电子技术的发展,矩阵计算方法日益显示出巨大作用。例如人们用有限元件法建立刚度矩阵,研究各种结构的应力分布问题,用矩阵方法,求解三维渗流问题。显然矩阵方法还可以用于水库调节计算。本文介绍一种考虑水库蓄水、来水、用水的相互关系,建立概率矩阵,求解水库蓄水无条件概率分布的方法。用解线性方程组的方法来代替现行的图解组合法。不仅可以提高精度,而且可以直接上机子进行计算,当前电子计算机求解线性方程组巳普遍采用,这样大大加快计算速度。     

射流泵内不可压流动N—S耦合方程有限元分析

应用Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元和Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ湍流模型，求解射流泵内不可压粘性流动Ｎ－５耦合方程，得到了射流泵内部流动参数分布，给出两个计算实例，计算结果与滓测资料基本吻俣，从而为射流泵内部流场的数值模拟研究提供了一种新方法。     

循环水泵流道的三维数值模拟与优化设计

通过建立基于RNG湍流模型的三维数值模型,对某循环水泵房前池和流道进行了数值模拟,重点对稳态及瞬态的水力特性进行了分析研究。结果表明:正常运行水位下,各工况的水泵喉部流速偏差均小于10%,能保证水泵安全稳定地运行。但在最低运行水位下,吸水池内涡量较大,为此提出了设置消涡胸墙的优化方案。两台水泵同时事故停泵时,会造成循环水泵房的暂时性溢流,可将泵房内人孔移至泵房外且运行水位降低0.30 m;两台水泵同时启动时,前池水位降低最大,但最小淹没深度仍能满足水泵的安全运行要求。     

水电站机组冷却供水射流系流场模拟及性能预测

本文应用雷诺方程及ｋ－ε模型对水电站机组冷却供水的调节和非调节式液体射流泵流场进行了数值模拟，并导出了调节式液体射流泵基本方程及其简化计算公式，通过试验资料进行了初步验证．     

基于EPANET的供水系统中变频变压供水方式的模拟

供水系统中取水泵站的变频运行属于变频变压供水方式.EPANET为模拟供水系统提供了通用的框架,其中的水泵模型可以用来模拟各种工况下的水泵运行.水泵的外特性曲线、水泵转速及转速模式决定了水泵变频运行的模拟精度.通过联合应用EPANET内的水泵模型和压力破除阀模型,建立了供水系统中变频变压供水方式的模拟方法.将此方法应用于模拟我国南方某城市原水系统取水泵站的变频运行.经过模型校核及验证,结果表明该方法可以较为准确地反映此取水泵站系统的运行状况.     

Optimization of Pump Scheduling Program in Water Supply Systems Using a Self-Adaptive NSGA-II; a Review of Theory to Real Application

The operation of pumps imposes significant costs on a water distribution system for energy supply and pumps maintenance. To derive an optimum pumps scheduling program, this study presents a multiobjective optimization problem with the objective functions of 1- energy cost and 2- the number of pump switches. The optimization of both objective functions together leads to a multiobjective constrained optimization problem. To solve the problem, the Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm, version II, (NSGA-II) is coupled to the EPANET hydraulic simulation model. For constraint handling, some modifications are introduced to the standard NSGA-II to make it self-adaptive through which all constraints of the problem are automatically satisfied. Application of the model to a test example and a real pipe network verifies that the proposed scheme is computationally efficient and reliable. Also, optimization of the real pipe network reveals that by a careful pump scheduling program the total number of pump switches even in optimum operations could be decreased by 69% while the energy cost increases at most by 10%.     

两种气泡泵垂直管内气液两相流的CFD数值模拟

以气动式风力提水系统的核心部位为对象,采用VOF模型分别对气泡泵和盖瑟泵的垂直管内气液两相流进行CFD数值模拟,考虑了不同的淹没深度、不同的进气速度对两种泵出水量的影响。结果表明,在两种泵的垂直上升管中,均有Taylor气泡产生和上升。当淹没深度为1.0 m时,两种泵皆仅有微量的水从上升管顶部排出;淹没深度为1.8 m时,两种泵有较多量的水从上升管顶部出口排出,其平均排水体积流量为6.2~27.9 L/s,并且气泡泵的排水量要比盖瑟泵大,但随着进气速度的不断增加,这种优势将不再明显。     

南水北调东线灯泡贯流泵水力模型及装置研究开发与应用

根据南水北调东线一期工程灯泡贯流泵站设计和建设需要,以南水北调金湖泵站设计工况为基础,自主研制开发贯流泵水力模型装置,利用FLUENT软件进行了CFD流场计算分析和设计优化。通过天津同台测试和专家鉴定,研制开发的两套水力模型装置最优工况点效率分别达到79.4%和81.9%,空化比转速达到1100以上。装置模型综合性能良好,运行范围宽,适用于1.0～4.5m的特低扬程泵站,在3m扬程下和相同性能的立式轴流泵相比,效率约提高5%,流量提高10%以上。同时,在水泵模型设计和装置性能优化方法上有所创新。     

引滦工程尔王庄暗渠泵站经济运行方案研究

引滦入津工程中的尔王庄暗渠泵站具有调节水库，进出水结构复杂，装有10台性能差异很大的水泵机组需要制订一套最经济的运行方式。本文采用切比雪夫法拟合了每台水泵机组的性能曲线，对各种工况下水泵机组的性能优劣进行了排序，对如此复杂的边界条件和约束条件建立了最优化的数学模型，用动态规划法进行了求解，综合确定各种工况下机组的最优组合和最佳叶片角度以获得供水能耗最小的运行方式。现场测试结果表明：按本系统提供的经济运行方案运行，单位输水耗电量最少，泵站节能达6.3%以上。     

南水北调江都三站水泵装置更新改造三维流动数值模拟及优化计算

根据南水北调东线水源保证率的要求，江都三站更新改造工程对水位组合重新进行了核算。根据水位组合，采用CFD的方法对江都三站水泵装置内部的三维流动进行了数值模拟研究，同时进行了进水流道的优化水力计算，并对江都三站水泵装置最优方案的水力性能进行了模型试验验证。数值计算和模型试验结果表明：江都三站的进水流道经过优化，不仅消除了流道内的涡带，而且进水流态均匀，可使水泵装置的能量性能满足设计要求。     

Experimental investigation and numerical analysis of unsteady attached sheet- cavitating flows in a centrifugal pump

This paper studies the attached sheet cavitation in centrifugal pumps. A pump casted from Perspex is used as the test subject. The cavitation bubbles were observed in the entrance of the impeller and the drops of the head coefficients were measured under different operating conditions. A Filter-Based Model (FBM), derived from the RNG k – ? model, and a modified Zwart model are adopted in the numerical predictions of the unsteady cavitating flows in the pump. The simulations are carried out and the results are compared with experimental results for 3 different flow coefficients, from 0.077 to 0.114. Under four operating conditions, qualitative comparisons are made between experimental and numerical cavitation patterns, as visualized by a high-speed camera and described as isosurfaces of the vapour volume fraction α_v = 0.1. It is shown that the simulation can truly represent the development of the attached sheet cavitation in the impeller. At the same time, the curves for the drops of the head coefficients obtained from experiments and calculations are also quantitatively compared, which shows that the decline of the head coefficients at every flow coefficient is correctly captured, and the prediction accuracy is high. In addition, the detailed analysis is made on the vapour volume fraction contours on the plane of span is 0.5 and the loading distributions around the blade section at the midspan. It is shown that the FBM model and the modified Zwart model are effective for the numerical simulation of the cavitating flow in centrifugal pumps. The analysis results can also be used as the basis for the further research of the attached sheet cavitation and the improvement of centrifugal pumps.