大颗粒在水力提升系统中运动特性的 数值模拟和试验研究

为掌握大颗粒在水力提升系统中的运动特性,进行了数值模拟和试验。详细分析了系统内部速度场、颗粒的颗粒轴向速度、径向速度等各种运动参数,对数值模拟结果和试验数据进行了对比分析。同时,对比研究了颗粒的沉降速度和浮游速度。结果表明：颗粒的轴向速度在沿管径的分布类似于抛物线分布;径向速度的绝对值都很小;颗粒的浮游速度小于其沉降速度。     

水力提升管道大颗粒运动特性的高速摄影分析

为提高管道水力输送安全性,本文利用高速摄影技术对水力提升系统中大颗粒的运动规律进行了试验研究,观察了颗粒及颗粒群体的运动状态.通过数字图像处理技术,得到了单颗粒的运动轨迹和颗粒群分布规律,同时获得了颗粒轴向速度、径向速度等各种运动参散,并分析了颗粒粒径对其轴向速度的影响.研究发现单颗粒基本上属于螺旋式上升的状态;颗粒群主要集中于管道的中心;颗粒的轴向速度在沿管径的分布类似于抛物线分布,大小基本上与颗粒的粒径成反比;径向速度沿管径基本符合正态分布.     

管径对垂直上升管内气液两相流流型的影响

以空气和水作为介质,在管径分别为20mm与8mm的垂直上升管内进行了常压下气液两相流流型的实验研究,得到了这两种管径下泡状流、弹状流、乳状流和环状流等流型,得到的绝大部分实验点与Hewitt和Roberts流型图相符合,并根据实验结果修正了流型图的转化边界.对于气液两相流垂直上升流动,环状流发生所需的气相折算速度几乎不随液相折算速度的变化而变化.不同管径条件下,各种气液两相流流型发生的范围和转换趋势基本一致,乳状流向环状流的转换界限基本重叠,而泡状流与弹状流的界限变化大一些.由于弹状流的换热与泡状流的换热完全相同,因此泡状流与弹状流的界限误差对传热而言并不重要,可以忽略管径对Hewitt和Roberts流型图的影响.     

气力提升管内气泡形变的实验研究

气泡的形变作为气力提升装置的主要影响因素,其形变规律直接影响气力提升装置的提升性能。为此,该文中运用高速摄像仪拍摄了气液两相流流场结构,基于图像处理获取了气泡运动过程中的形状参数,通过气泡匹配技术得到了气泡的运动速度。实验结果表明,改变运行参数会引起气泡碰撞和融合发生机率的变化,进而影响到气泡初始生成体积;气泡运动速度的周期性变化会改变气泡的直径和变形,进而改变管内流型,最终导致气力提升装置的提升性能发生变化。     

新疆KSADP工程灌溉供水管网管材选取设计优化

新疆KSADP工程是以灌溉供水为主的生态项目,管网建设是工程的重点,占工程总投资比重大。通过从安全、经济、实用、技术性等方面综合考虑,对不同管材、管径的物理、化学性能进行分析,结合地质条件对管材、管径进行比选,结果认为管径大、压力水头大的选用球墨铸铁管,管径中等、压力水头较小的选择玻璃钢管,对管径小、压力水头小的小型管道,采用PE管,为工程建设投资提供了可靠依据。     

中心管管径变化对浮标波能转换性能的影响分析

为了探究中心管管径变化对振荡水柱式波能发电装置能量转化性能的影响,从提高波力发电装置的能量转换效率方面,设计了一种中心管结构,对其上下部分管径取3组比值,采用流体力学仿真软件和网格划分软件对三组模型进行数值模拟计算并在造波水池中进行能量转换效率误差分析。结果表明,直管型中心管能量俘获宽度比仿真结果和实验数据最高值分别为10. 6%、9. 8%,虽然俘获宽度比出现了双峰值,但波峰不高且波谷较低;管径比为5/7和3/7的阶梯型中心管能量俘获宽度比仿真值和试验值分别为15. 7%、15. 2%和17. 6%、16. 4%,阶梯型中心管能量转换效率优于直管型中心管,且都出现了双峰值和较高的波谷。在实际运行中,采用阶梯型中心管可有效提升波能发电装置的能量转化效率,且中心管管径比r_2/r_1越小,其效率提升越明显。考虑到装置的结构合理性,中心管具体尺寸应视实际情况取值。研究成果能够为新型波浪浮标的设计提供理论依据。     

后置灯泡贯流泵装置“马鞍”区数值模拟

"马鞍"区是指轴流泵装置在扬程-流量曲线上小流量工况时的扬程随着流量的减小而出现先减后增的一段区域,在该区域内,泵装置运行状况极不稳定。以南水北调东线淮安三站的后置灯泡贯流泵装置为研究对象,采用ANSYS-CFX数值模拟与模型试验相结合的研究方法,计算并分析了"马鞍"区的流动特性,并将其与设计工况时流动特性进行了对比。结果表明:泵装置运行在"马鞍"区时,进水流道出水断面轴向速度的分布均匀度与速度加权平均角,前、后导叶体段的水头损失,过流部件内部流速场与压力场的分布等指标,均达不到设计要求;在"马鞍"区工况内,大流量时的水力性能要优于小流量时的水力性能。     

井灌区低压环状管网与机井装置优化匹配

本文研究单环与双环管网与机井装置的优化匹配问题,建立了以工程年费用最小为目标函数的管网优化计算数学模型。求解过程中,以离散的标准管径为变量,分别计算不同出水口放水时的年运行费之和,然后计算工程年费用值,并比较其大小,年费用最小所对应的管径为最优管径。数学模型中,管径为实际的标准管径,各出水口流量为管网运行中泵的实际出流量,因此与实际相符合,且管径是标准管径,具有较强的实用性。     

曝气池中气液两相流速度场分布的实验研究与数值模拟

气液两相流广泛存在于水利工程、废水处理等领域,其在气液装置中的流型流态及速度场分布可直接影响装置运行效能。本文采用实验研究与数值模拟相结合的方法,对圆柱形气液装置进行PIV实验,获得了准确的气液两相流气相速度场分布;在充分考虑湍流、曳力、升力、湍流分散力等作用下,采用欧拉-欧拉双流体模型和气泡群平衡模型对气液两相流流场进行了数值模拟,并将模拟结果与实验结果进行验证,所得结果误差控制在10%左右。结果表明,本文提出的模拟方法在气液两相流模拟中能够得到较准确的两相流动规律和速度场分布情况。     

管形对含不凝气体蒸汽流动与凝结换热特性的影响

该文通过数值模拟,研究了不同形状的换热管内含空气的水蒸汽在不同当量直径和流速下的换热和流动情况。模拟结果表明:在不同当量直径下和流速下,正方形换热管的凝结换热系数始终最大;在大管径和低流速,正三角形换热管内的换热系数低于圆形换热管,随着管当量直径的减小和流速的增大,正三角形换热管的换热系数在管长超过一定值后反而高于圆形换热管;随着当量直径增大,正多边形角区对换热的影响越明显;当量直径不变,随着流速增大,正多边形角区对换热的影响距离越长,影响程度越小;当量直径较小时,在不同流体流速下,正方形换热管内的压降最低。     

高阶数值流形方法的速度公式

高阶数值流形方法可以显著提高结构计算精度,但目前在涉及大位移的动力分析中往往得到精度很差、甚至不正确的速度结果。基于平面三角形数学网格和一阶多项式覆盖函数,通过一个刚体杆件旋转算例探讨其中的原因,得出必须考虑构形坐标变化对速度的影响,并提出高阶流形法的3种速度处理方法及相应的高阶速度公式。该方法对一些在结点处增加广义自由度的类似方法(如广义有限元)的几何非线性问题分析也具有一定的参考价值。     

新型波浪能发电装置的运动学分析

以开发利用海洋中的波浪能为要求,本文设计了一种漂浮式波浪能采集装置的新型波浪能发电系统。描述了装置的工作原理。并采用UG软件仿真对装置进行了运动学分析,仿真计算了该装置不同速度输入函数和恶劣海况条件下的传动性能,对传动过程的传递效果进行验证。研究结果表明:实验装置附加各类常见速度函数工作状态正常。实用性能高,对海况条件有较好的适应性。仿真效果与理论计算有较好的一致性,对漂浮式波能发电装置理论研究具有指导意义。     

生物质气再燃特性试验研究

在天然气等气体燃料再燃研究的基础上,开展了生物质气再燃的研究。采用配制混合气的方法对生物质气化气还原NO的特性进行了试验研究。模拟的生物质气化气由CO,CO2,CH4,H2,N2构成。试验在电加热的刚玉管流反应器中进行,试验温度为1 000℃~1 400℃。研究了反应器入口氧气质量分数(0~5%)、当地当量比Φ(0.5~2.28)以及反应器温度等因素对还原NO的影响,并分析了生物质气化再燃的特性。得出结论:当量比Φ值是影响NO还原率的重要因素,Φ=0.8~1.1是NO还原率较高区域;提高温度有利于提高NO还原率。     

人口径混凝土管水力摩阻的试验研究

大口径混凝土管道供水线路设计中常遇到如何选定管道的糙率或当量糙度的问题。目前，介绍大口径管道水力摩阻的资料较少，一般参考资料给出的糙率为０．０１３～０．０１４．而实际应用中的糙率要较上述值小。为此，在某水库主干渠上对预应力钢筒混凝土压力管常用的两种管径８００和１６００ｍｍ进行了原型观测试验，对两种管径管道糙率的计算结果分别为０．０１０７和０．０１２，此值可直接用于工程计算。     

缓坡条件下掺气减蚀设施的体型研究

结合小湾泄洪洞掺气减蚀设施优化研究，提出了“当量坎高”的概念与凹型掺气坎的布置构想，在相同“当量坎高”的前提下，通过1：60水工模型试验，对平面凹型、平面凸型、平面梯形、U型坎，以及直线型挑坎等掺气坎体型进行了对比试验研究，从掺气浓度、空腔特性及通气量等指标看，凹型掺气坎是一种较优的布置形式．从物理机制上看，平面凹型掺气坎因空腔内水气交界面积大，对提高空腔内的总通气量、改善掺气条件有利；另外，相对于其他异型掺气坎而言，凹形掺气坎在两侧边墙处空腔更为完整一些，这对提高边壁角隅区域水流的掺气能力，增进边墙的抗空蚀效果也有一定的助益．     

曝气池中气液两相流粒子图像测速技术

在粒子图像测速原理的基础上研究了基于快速傅立叶变换的粒子图像测速算法,并编制算法程序进行验证。通过试验研究了气液两相流在曝气池试验装置中的流动情况,应用粒子图像测速技术对装置中3种状态下气液两相流的运动参量进行测量,获得了各种流体运动参数,并应用粒子图像测速程序进行计算分析。试验结果表明当气液两相流处于状态3时,气泡在装置中具有最长的停留时间和较大的速度紊动强度,氧转移速率和效率大大提高,这为曝气池选型提供了依据。     

进水流道对泵装置性能影响的数值模拟分析

为了研究进水流道内部流态对泵装置性能的影响,采用CFX三维软件对高度及喉部高度大、高度及喉部高度小的两种肘形进水流道装置的三维流场进行数值模拟,分析比较了这两种肘形进水流道与泵装置的水力特性。方案1肘形进水流道的高度大,挖深大,土建投资大,且喉部高度大,弯肘段脱流严重;方案2肘形进水流道高度小,土建投资小,同时喉部高度小,有效抑制了弯管脱流问题。结果表明:在最优工况下(Q=320 L/s),肘形进水流道方案2比方案1的流道出口断面速度均匀度高1. 6%;速度加权平均角度高7. 34°;进水流道水力损失降低0. 128 m;装置效率提高4. 22%;装置高效区流量范围拓宽40%。因此,为了保证泵装置高效、安全地运行,应充分重视在实际工程中进水流道对泵装置性能的影响以及肘形进水流道喉部高度对进水流道流态的影响。     

不良基础下大管径管道垫衬修复施工技术研究

近几年来,我国各地的老旧管网改造工程都在如火如荼地进行中。其中,垫衬非开挖管道修复技术应用十分广泛,但长距离大管径管道应用垫衬法往往修复效果差,易出现爆膜、鼓膜、管道修复不平整等情况。围绕如何提高修复效果展开研究,通过采用模板支架搭设的方法来进行施工,大幅提升垫衬法修复在长距离大管径管道的修复效果,在对该施工工艺进行总结、完善的基础上,总结形成不良基础下大管径管道垫衬修复施工技术。     

部分重叠覆盖流形法的覆盖加密方法

部分重叠覆盖的流形法是一种新型的数值流形方法,它以独立覆盖的分析为主,便于在各区域采用合适的覆盖函数以适应物理场的局部特征。以往的研究表明,在实际物理场分布较复杂的区域采用较小的覆盖可以更好地逼近真实解,这就涉及到与周边较大覆盖的连接问题。针对部分重叠的矩形覆盖提出覆盖加密方法,可以很容易地将大覆盖加密成为较小的覆盖,并使其与周边的大覆盖保持协调过渡,相对于以往采用有限元网格的流形法而言在大小网格过渡上要方便得多。应用重力坝应力分析和圆孔应力集中2个算例验证了该方法的有效性。     

大口径有压玻璃钢管当量粗糙度取值

针对大口径有压玻璃钢管当量粗糙度取值问题, 采用计算分析方法, 判别不同工况下大口径玻璃钢管道管内 水流流态, 验证了当量粗糙度对其水力计算的重要性; 在此基础上, 以新疆小洼槽倒虹吸管道为例, 利用齐恩公式、 哈兰德公式, 计算不同当量粗糙度取值情况下各工况的水头损失值, 将计算结果与实测数据作比较分析和误差分 析, 结果表明, 大口径有压玻璃钢管在一般工况下管内水流流态基本处于紊流过渡区, 大口径有压玻璃钢管道当量 粗糙度取值范围宜为0. 005~ 0. 01 mm。