汽液黏滞系数对空化泡溃灭过程影响的数值模拟

利用格子玻尔兹曼方法(LBM)伪势模型模拟了近壁区空化泡溃灭过程,分析了不同汽相黏滞系数和液相黏滞系数对空化泡溃灭过程中的最大微射流流速、最大溃灭压力、最大溃灭时间的影响。结果表明,相同液相黏滞系数条件下,改变汽相黏滞系数,空化泡溃灭时产生的最大微射流流速、最大溃灭压力和最大溃灭时间不变;保持汽相黏滞系数不变,空化泡溃灭时最大溃灭压力、最大微射流流速均随着液相黏滞系数的增大而减小,但最大溃灭时间随着液相黏滞系数的增大而增大。     

Large eddy simulations of 45° and 60° inclined dense jets with bottom impact

In the present study, we performed a numerical study with the Large Eddy Simulations (LES) approach to simulate inclined dense jets with 45° and 60° inclinations in a stagnant ambient, including the bottom impact and subsequent spreading on the wall boundary. The objective was to evaluate the performance of LES on the predictions of both the kinematic and mixing behavior of the inclined dense jet with bottom boundary in the near field region. The Dynamic Smagorinsky sub-grid model was adopted with near-wall modeling for the bottom boundary. The results showed that LES can reasonably predict the jet trajectory with the present mesh scheme, including the locations of the return point and impact point at the boundary. The localized concentration build-up at the impact point reported by Abessi and Roberts (2015) was also reproduced. The impact dilution was however underestimated by ∼20% in general corresponding to the grid resolution adopted in the present study, which demonstrated the challenge to simulate accurately the dynamics of the mixing behaviour as well as the wall interaction processes. The spreading layer was examined to the end of the near field region as defined by Roberts et al. (1997). The profiles of the mean concentration and concentration fluctuation along the spreading layer were found to be similar to previous experimental results with self-similar behaviour. The dilution was however also under-predicted within the spreading layer.     

表面活性剂减阻流体传热与阻力关系试验研究

针对在水中添加表面活性剂可以出现阻力系数减少而同时传热性能发生变化的现象,采用测压差装置和热电偶测温系统分别对二维流道内不同的减阻流体的减阻性能、传热性能进行了试验,研究了浓度、配比、雷诺数和热流密度对减阻流体传热与阻力系数之比值的影响。结果表明,表面活性剂减阻流体的传热系数考尔朋（Colburn）因子与阻力系数之比和水的情况有较大的差异;当减阻流体的减阻率稳定时,随着雷诺数的增大,考尔朋恩因子与阻力系数比值缓慢下降;达到临界雷诺数后,考尔朋因子与阻力系数之比值波动较大,并且比值迅速增大到接近没有添加减阻剂的水平。     

涡粘性模型和对流项差分格式对溶质输运模拟精度影响研究

紊流中的溶质输运和生化反应过程与流场的紊动结构密切相关，对溶质输运、化学反应和微生物生灭等过程进行模拟时能够达到的精度又与所采用的数学模型和差分格式有关。高精度的数值模拟计算方法能够给出不同设计方案下流场内溶质的掺混、输运过程和微生物消长的大量细节，可以快捷、准确地对设计方案的运行效率作出合理评判。数值模拟中的不同处理方法，如采用不同的紊流模型、输运方程差分格式等，对输运和反应过程的模拟精度都产生影响。本文采用不同的涡粘性模型和对流项差分格式的组合计算了输运过程结果，并与实测资料进行对比，分析了不同模型组合对溶质输运过程模拟结果精度的影响，以此为依据提出了计算精度较高的模拟方法。     

大坝和岩基的粘性系数η的反演

本文应用粘弹性有限元，结合实测资料，提出了大坝及岩基的粘性系数的反演分析模型，并导出了采用可变容差优化法分步反演粘性系数的公式，开发了相应的分析程序，并成功地应用于生产实际。     

摩阻对有压管道水力瞬变的影响

有压管道水力瞬变的正确分析，对工程安全运行影响较大。文章根据瞬变过程中水流流态的变化，采用变摩阻系数，并对阻力项采用二阶近似，提高了水力瞬变分析的精度。     

基于涡黏度模型的冰封河道纵向时均流速垂向分布解析解

冰盖的存在显著改变了河道水流结构,使流速垂向分布关于零切应力平抛物线面呈型。考虑到准确预测冰盖下水流流速分布是计算冰封河道流量、泥沙输移率和河床演变预估的基础,本文应用双层假定和冰盖流涡黏度模型,推导出一个物理意义明确且速度梯度连续的冰封河道纵向时均流速垂向分布解析解,并明确常见的冰盖流对数流速公式和双幂律流速公式的应用条件。采用水槽实测数据和原型实验数据,对比分析所提出的解析解与现有对数公式和双幂律公式的有效性和精确性,并基于本文解析解探究了纵向时均流速垂向分布对各物理特征参数的敏感性。结果表明,该解析解的流速计算值与实测值吻合较好且较现有对数公式和双幂律公式具有较高精度;雷诺数的较小变化并不会引起纵向时均流速垂向分布的较大改变,但流速分布对冰盖糙率与河床糙率的相对值比较敏感,且纵向时均流速的最大值偏向于较光滑边界一侧,该结论与以往基于k-ε湍流模型所得到的数值结果是一致的,再次证实了本文解析解的有效性。     

明渠渠底糙率突变对紊流摩阻流速及壁面切应力影响的试验分析

通过激光测速仪,对壁面糙率突变时的明渠紊流进行试验,测量了糙率突变不同水深情况下明渠紊流的纵向时均流速和脉动流速。通过实测资料分析不同糙率突变和不同水深的紊流摩阻流速变化情况和水流的壁面切应力的特点。     

淡水冰与不同材料间动摩擦因数的试验

为研究淡水冰的动摩擦规律,通过不同材料的滑道对淡水冰与多种材料间的动摩擦因数进行了试验研究,分析了温度、正压力和滑动速度的改变对动摩擦因数的影响。试验结果表明:各因素对动摩擦因数的影响取决于接触材料的表面粗糙程度,不同的接触面其摩擦作用的机理不同,接触面较粗糙时,摩擦力取决于软接触材料的抗剪强度;接触面较光滑时,接触界面的水膜对动摩擦因数的增大起主导作用。冰与不同材料间的动摩擦因数的大小顺序为木板、混凝土、冰。     

块石形状尺寸对水平拖曳力系数影响的数值模拟

水平拖曳力系数是研究黄河坝垛水下散抛根石受水流作用的重要力学参数,而水流流速、根石尺寸和根石在水中的仰角对水平拖曳力系数有着不同程度的影响。基于试验数据,应用FLOW-3D数值模拟软件,采用RNG k-ε紊流模型、VOF方法和FAVOR技术模拟水下块体在水流作用下的水平拖曳力。在数值模拟结果验证可靠的前提下,分析块体不同尺寸及其与水流不同夹角对水平拖曳力系数的影响。数值模拟结果表明:当长高比小于等于3.0,水平拖曳力系数随块体长高比增大,先处于波动状态,随后趋于稳定;当长高比大于3.0,水平拖曳力系数随长高比增大而增大;水平拖曳力系数随块体宽高比增大而先增后减,最后保持稳定;水平拖曳力系数随着水流夹角角度增大而先减后增,当夹角为3°时出现最小值。     

透明土中孔隙液体折射率、黏度系数与稳定性

为了探讨溶液作为制配透明土材料的可行性与稳定性,并为相关模型试验选用提供参考依据,针对二水溴化钙、焦磷酸钾、磷酸钾、六水氯化镁4种水溶型无机溶液和一种油溶型有机溶液(15号白油与正12烷混合物),系统测定折射率、黏度系数与溶液质量比之间的关系;采用目前模型试验中常用的溴化钙溶液、15号白油与正12烷混合物两种典型孔隙液体进行了孔隙液体对橡皮膜变形和抗拉强度、孔隙液体对透明土中固体颗粒材料的影响试验。试验结果表明,无机溶液折射率随质量比的增大呈线性增长,而黏度系数随着质量比的增大呈非线性增长;相同条件下溴化钙溶液和15号白油与正12烷混合物浸泡后橡皮膜长度变化率约分别为0.47%和37.81%,宽度变化率约分别为-1.09%和40.50%,抗拉强度分别降低约14.0%和89.4%;孔隙液体对熔融石英砂的影响较对无定形二氧化硅的影响要小,15号白油与正12烷混合物对固体颗粒的影响与溴化钙溶液基本相当。     

加荷方式与填料密度对筋带摩擦特性的影响

针对加筋土挡土墙工程中确定筋带摩阻力试验方法与影响因素,对筋带在不同拉拔加荷方式和不同密度填料中的摩阻力进行试验。试验结果表明,对于钢质筋带,当拉拔速率控制在1.5 mm/min左右时,连续加荷拉拔与分级加荷拉拔所得到的筋带摩阻力大小基本相等;密度大的填料中的筋带摩阻力明显大于密度小的填料中的筋带摩阻力。     

床面均匀沙拖曳力及上举力系数的确定

床面泥沙颗粒由于其相对暴露度及外形的不同,即使在同样水流条件下,颗粒附近的水流结构也不相同,进而影响到颗粒的受力不同,主要表现在颗粒拖曳力系数和上举力系数的不同。在白玉川提出的双向相对暴露度概念及拖曳力系数、上举力系数与纵向相对暴露度之间关系的基础上,分析发现,拖曳力系数介于1.00~1.22区间的概率大于92%,平均值为1.11;拖曳力系数与上举力系数比值平均值随沙粒雷诺数变化而变化,但在颗粒雷诺数大于25 000时,拖曳力系数与上举力系数比值平均值趋于常数1.28。将拖曳力系数和上举力系数引用到泥沙起动底流速公式中,得到了散粒体泥沙起动流速公式。实测资料验证表明,起动流速公式与实则资料吻合良好,间接地验证了提出的推移力系数值及上举力系数值是正确的。     

斜桩负摩擦及弯曲特性研究

针对软土地区设计桩基础遇到的最普遍问题——负摩擦,通过三维数值模拟研究斜桩在超载作用下的负摩擦和下拉力特性。指出由于桩身倾斜,超载不仅引起桩身负摩擦,还产生附加弯矩。参数分析结果表明:随着桩身倾斜角度的增加可减小桩身负摩擦力和下拉力,桩顶约束时在桩身中部产生较大的弯矩,而桩顶自由时则在桩身下部产生弯矩;桩身下拉力及负摩擦力的变化主要取决于地面超载和轴向荷载,在桩顶施加轴向荷载之前先加超载比先施加轴向荷载后再加超载可大幅度减少桩身负摩擦。     

明渠均匀流的摩阻流速及流速分布

在水槽系统上对明渠恒定均匀流进行了系列实验，利用实测流速资料，对明渠均匀流摩阻流速的各种方法（雷诺应力法、对数流速分布法、阻力平衡法等）的计算结果进行了对比，并分析了流速分布。结果表明：（1）利用阻力平衡法计算摩阻流速时应考虑边壁影响；（2）包含尾流函数的对数-尾流公式比单一对数公式可以更好的符合实测数据。用单一对数公式描述垂线流速分布时，应采用较小的Karman常数；（3）现有大量明渠均匀流实测资料中，用常用的Karman常数（x=0．4）时单一对数公式仍可以较好的表示全水深流速分布是因为采用了较大的摩阻流速。     

The effect of variable viscosity on the flow and heat transfer of a viscous Agwater and Cu-water nanofluids

A numerical study is carried out to study the effects of the temperature dependent viscosity on the flow and heat transfer of a nanofluid over a flat surface in the presence of viscous dissipation. The governing nonlinear partial differential equations are transformed into nonlinear ordinary differential equations, and are solved numerically by the Keller-box method. The numerical results indicate that the effect of nanoparticle volume fraction is to increase the heat transfer and hence enhance the thermal boundary layer thickness. This is true even in the presence of variable viscosity and the viscous dissipation. Furthermore, the results obtained for heat transfer characteristics with nanoparticles reveal many interesting behaviors that warrant further study on the effects of the "nano-solid-particles".     

基于Marc的混凝土坝与坝基渗透系数反演

利用通用的商业有限元软件Marc与Fortran语言的接口,并运用Marc的“死活单元”技术和网格加密技术,编制了混凝土坝渗流场的正分析程序．在此基础上,利用某混凝土宽缝重力坝的坝基扬压力测压管的水位观测资料,采用改进的遗传算法进化反演混凝土坝与坝基的渗透系数．算例表明,采用遗传算法-Marc反演混凝土坝的渗透系数是可行的,且计算效率较传统计算方法要高．     

孔底沉渣厚度对水下钻孔灌注桩承载力影响的探讨与研究

施工中孔底沉渣对桩基承载力的影响较大。通过试桩试验对孔底沉渣厚度与端承摩擦桩极限承载力关系进行了探讨,在同一桩径下,当孔底沉渣厚度相同（均为10mm）时,最大单位摩阻力变化率、单位端阻力变化率均不大,当孔底沉渣厚度相差较大（分别为10mm／1与250mm）时,最大单位摩阻力下降了45．15％,单位端阻力下降了69．92...     

东风水电站大坝深槽和底部混凝土4项指标探讨

在水电站建设中，混凝土坝（拱坝或重力坝）工期短、技术要求高。混凝土抗压强度（Ｒ）是混凝土坝质量的一项重要指标，混凝土设计抗压强度定了之后，由混凝土强度组数（按规范取）可推算出混凝土约方差（σ）、混凝土离差系数（Ｃｖ），最后算出混凝土强度保证率（Ｐ）是否满足设计要求。混凝土建筑物评定为优或合格，由混凝土的上述４项指标来决定。本文对东风水电站大坝深槽和局部混凝土的实测抗压强度进行对比，从理论上找出使混凝土建筑物既是优质工程、又能节约工程投资（相对的）的途径。