单个透水丁坝对溢洪道泄槽弯道水流流态影响试验研究

为了研究单个透水丁坝对溢洪道泄槽弯道水流流态的影响,采用PVC板制作试验模型,进行了溢洪道泄槽弯道凹岸3个位置(1/4、1/2、3/4弯道处)、3个角度(45°、60°、75°)布置单个透水丁坝的水力学试验。利用试验结果,分析了溢洪道泄槽弯道水面均匀度、弯道横断面最大水面横比降、壅水曲线等弯道水流特征。结果表明,与无透水丁坝相比,弯道内布置单个透水丁坝后的弯道水面均匀度均有增加;单个透水丁坝布置角度为60°或75°时,弯道横断面最大水面横比降减小。在布置角度相同、布置位置不同的条件下,单个透水丁坝在弯道1/4处引起的壅水曲线的长度最短;在弯道1/4处,当单个透水丁坝布置角度为60°或75°时,弯道内的壅水曲线长度最短;在弯道1/2或3/4处,当单个透水丁坝布置角度为75°时,弯道内的壅水曲线长度最短。     

丁坝对弯道水流紊动强度影响的试验研究

采用三维声学多普勒流速仪对弯道内丁坝附近水流的紊动特性进行了系统的试验研究,较为精确地测量了弯道内丁坝附近水流的三维时均流速和脉动强度等.根据试验数据,探讨了弯道水流及丁坝附近水流的紊动机理,分析其紊动特性,同时还对紊动强度分布特点进行了比较.     

淹没式勾头丁坝水流特性研究

为研究过勾头丁坝的水流特性,选用Flow-3D中的RNGκ-ε紊流模型建立了勾头丁坝水流计算三维数学模型,并采用淹没式丁坝的物理模型试验验证了所建模型能较好地模拟过丁坝水流。基于所建数学模型分析了不同型式丁坝(上伸勾头丁坝、T型丁坝、下伸勾头丁坝)的过坝水流特性,结果表明上伸勾头丁坝对水流挑流影响最小;T型丁坝勾头对水流流向改变较大,坝头处水流流速最大;下伸勾头丁坝坝身后存在回流漩涡与方向不同的两个横轴漩涡。     

弯道水流特性和数值模拟方法研究进展

在分析弯道水流基本特性的基础上对弯道水流数值模拟方法进行了归纳,分析了数值模拟的关键因素自由水面的模拟方法,并对复式断面弯道水流等复杂弯道流的研究进展进行了评述,对未来研究方法和趋势作了展望.     

斜槛法在山区弯道河流消能设计中的应用

山区弯道水流多为急流,不仅在弯道内形成横向环流,而且在水面上形成菱形交叉的冲击波,断面水深和动量分布极不均匀,流态趋于恶化,给下游的消能防冲工作带来很大困难。根据斜槛法原理推算出斜槛高度的计算公式,并以某核电站厂区山洪消能工程为例,探讨了斜槛的间距、角度等影响斜槛设计的因素,提出了合理的斜槛设计方法。结果表明,在弯道中合理地设置斜槛,可达到改变水流结构、消散下泄水流能量的目的,可为消能设施的初步设计提供参考。     

基于湍流模型数值模拟的梯形弯道水流特性研究

输水明渠弯道段因壁面条件改变,水流运动紊乱,严重威胁输水安全.为研究输水明渠弯道内水流特性,基于RNG к-ε湍流模型建立弯曲度为15°、45°、60°、90°的梯形断面弯道模型,利用PISO算法求解方程组,进行弯道水流三维数值模拟.结果 表明,弯道对渠道内流场影响范围包括弯道及下游较长区间;随弯曲度增加,凹岸最大水面...     

大流速、高弗劳德数弯道水流流态控制研究

为研究大流速、高弗劳德数条件下弯道水流的水力特性,以某水利工程为例,提出采用"前置掺气坎+渠底局部超高+阶梯"相结合的弯道水流控制新技术。试验结果表明,采用该技术后弯道段水流流态良好、横向水深和流速分布较均匀、弯道段沿程流速增加较小、弯道后水流衔接平顺,各项水力指标均满足工程应用要求。研究成果对类似工程提供参考和指导。     

拟U型弯道急流流态的调控措施研究

针对南湾水库溢洪道尾水渠U型弯道内恶劣的水流流态,提出在U型弯道入口处设置渠底锥形反超高横向坡降来改善弯道水面横比降,在弯道适当位置设置顺弯流态调整池来控制水流的顺弯运动,在顺弯流态调整池上下游池顶设置横向超高来调整水流入池和出池的单宽流量横向分布,以及在部分弯道的凹岸边坡设置导向翼等综合改善弯道急流的措施,并通过水工模型试验验证了U型弯道采取综合措施之后的改善效果。研究成果可为类似工程提供参考。     

渠底超高法和弯曲导流板法在凤凰水库溢洪道的应用

综合利用了渠底超高法和弯曲导流板法对凤凰水库弯段陡槽的设计,较好地解决了大底坡急流弯道流态的控制问题,可有效地消减冲击波、减小横向水面差、改善弯道水流流态,消能效果明显。实例表明,该设计方法是一种十分有效的工程措施。     

弯道二次流对床面地形响应特性的试验研究

弯道水流受床面地形的影响变得更加复杂,不同的地形边界使水流结构发生明显的改变。通过U形弯道水槽清水及冲刷试验,分析了弯道水面横比降、断面v-w流速场分布、断面涡量分布及涡通量沿程变化,发现断面环流分布特性、沿程变化趋势以及断面环流演化过程与床面地形之间存在较强的相关性。为深入探讨弯道二次流的发展演化及其与床面地形的相互影响提供了科学依据。     

天然河流弯道不同生态治理方案的数值模拟研究

针对鲁北平原区天然河道污染、河道冲淤损坏严重的现状,结合流域河道生态综合整治工程,选用MIKE21软件,建立基于非正交网格的平原区天然河流弯道二维水动力数值模型,模拟天然河流弯道纵横向的流速及水面线特征分布,绘制弯道流速矢量场,得出天然河流弯道的河床及河岸边坡冲刷、落淤分布符合实际情况;结合土壤生物工程技术,提出四种生态治理方案并进行数值模拟,引入鲤鱼流速适宜指数法对治理方案的生态效果进行评价。结果表明,方案4中水流流速趋于均匀分布,对弯道生态治理效果最为显著,生态丁坝在弯道生态治理中起到重要作用。     

山区河道截流中分流丁坝布置方案研究

基于山区河道河床比降大、导流建筑物在截流初期泄流能力偏小等特点,将丁坝应用于山区河道截流施工中,采用模型试验方法研究了单侧导流条件下丁坝的布置方案。结果表明,丁坝宜布置于导流建筑物进口对岸进口中间点偏下游侧,丁坝长度对河道的束窄率介于30%~40%之间,就能够有效减小截流龙口落差,增大分流建筑物分流比。     

长江砖灶子复杂滩险河段航道治理研究

针对长江砖灶子河段水沙条件多变、滩险特性综合、周边环境复杂的情况,分析了工程河段水文泥沙特性、河床演变规律和滩险碍航成因,结合该河段航道整治目标,提出了疏浚、炸礁、深沱回填和筑坝相结合的整治方案。应用平面二维水沙数学模型分析方案整治效果,经水流条件及河床变形验证,模型精度符合规范要求。在水流条件和典型年泥沙冲淤特性分析的基础上进行方案比选,并探讨了推荐方案的航槽稳定性,结果表明,推荐方案航道尺度满足规划要求且可长期保持,整治效果较好。研究结果可为山区河流复杂综合滩险的有效治理提供借鉴。     

淹没丁坝坝后水流结构PIV试验研究

为揭示淹没丁坝坝后区域的水流特性,在实验室水槽中,采用平面二维粒子图像测速技术(2D-PIV),测量了光滑固定底床上单个丁坝在完全淹没条件下的坝后水平流场及垂向流场。通过分析测量获得了原始粒子图像和淹没丁坝坝后不同位置的平面二维时均速度场和涡量场,并耦合水平面流场与铅垂面流场结果,给出了丁坝坝后流场的部分三维特性。结果表明,淹没丁坝坝后存在明显的回流区,且在回流区内同时存在尺度大致相同的竖轴漩涡和横轴漩涡。     

Effect of wettability on water removal from the gas diffusion layer surface in a novel proton exchange membrane fuel cell flow channel

Effective water removal from the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) surface exposed to the flow channel is critical to the operation and water management in PEMFCs. In this study, the water removal process is investigated numerically for a novel flow channel formed by inserting a hydrophilic needle in the conventional PEMFC flow channel, and the effect of the surface wettability of the membrane electrode assembly (MEA) and the inserted needle on the water removal process is studied. The results show that the liquid water can be more effectively removed from the MEA surface for larger MEA surface contact angles and smaller needle surface contact angles. The pressure drop for the flow in the channel is also examined and it is seen to be indicative of the liquid water flow and transport in the flow channel, suggesting that pressure drop is a useful parameter for the investigation of water transport and dynamics in the flow channel.     

Modeling of liquid water transport in a proton exchange membrane fuel cell gas flow channel with dynamic wettability

Liquid water transport in the gas flow channel is significantly important for the water removal and management in proton exchange membrane fuel cells. Previous numerical studies consider a single and constant static contact angle for the liquid water transport on the channel surface, which is insufficient to account for the dynamic wettability behavior of the flow. In this study, a dynamic wettability model is developed that incorporates the sliding angle and dynamic contact angles for the simulation of water transport in the flow channel. It is found that both the sliding and dynamic contact angles have significant impact on the characteristics of the water transport and dynamics in the flow channel. Water spreading on the channel surface is elliptic, and its minor and major axes oscillate out of phase with the droplet height. The pressure loss for the 2‐phase flow in the channel is directly related to this oscillation and deformation of the droplet shape. Flow channel surface with a small sliding angle facilitates the water transport and removal and reduces the associated pressure loss in the channel. The conventional static wettability model would overpredict droplet deformation and breakup as well as the pressure loss in the channel.     

流量对单排插板透水丁坝促淤效果的影响

为研究流量对单排插板透水丁坝促淤效果的影响,确定插板透水丁坝促淤效果最优的流量条件,采用CCHE2D模型对单排插板透水丁坝坝后淤积区形状、坝后最大淤积长度、坝后最大淤积宽度、坝后最大淤积高度及坝后淤积面积随流量变化的规律进行数值模拟。结果表明,当流量为524~950 m3/s时,插板透水丁坝坝后淤积区平面及纵断面形状特点相似且促淤效果较其他流量条件较好;当流量在120.95~1 750 m3/s范围内,随着流量增大,坝后最大淤积长度、坝后最大淤积宽度、坝后淤积面积先增大后减小且均在流量为737 m3/s时达到最优。