风力影响下湖泊湍流特征及其对湖泊污染沉积物影响研究

湖泊水体内的悬浮物浓度是衡量水质的重要参数,悬浮物浓度则受到湖底沉积物的悬浮沉降过程影响.本次试验测量风速影响下淡水湖泊中的切应力以及湍流动能等参数的变化,并建立风速与悬浮物浓度、切应力、湍流动能的拟合曲线,计算得到底泥起悬时的临界风速值为4.5 m/s,影响沉积物悬浮的切应力主要为波切应力,湍流动能与切应力和悬浮物浓...     

入口不同速度夹角对尾水管内湍动能的影响分析

以某水电站弯肘形尾水管为研究对象,应用ANSYS软件建立从尾水管进口到尾水管出口过流部件的流道模型,划分网格后导入Fluent进行模拟计算。分析结果表明,在入口速度垂直进入时,尾水管内部的湍流动能变化不大,流动较为平缓,湍流发展较充分。随着速度入口夹角的增大,弯肘段入口及水平扩散段入口的湍流动能越来越大,即说明随速度入口夹角的增大,尾水管在弯肘段及水平扩散段的流动越紊乱,对机组稳定不利。该方法可预估弯肘形尾水管内部的流动性能和湍流发展程度。     

机械搅拌澄清池导流室直径对絮凝条件的影响

絮凝是水处理工艺中的重要环节,从水力条件方面优化絮凝工艺有利于提升水处理构筑物的处理效果。本文基于计算流体动力学(CFD)数值模拟对机械搅拌澄清池内部流场和流态的特性进行分析,以涡旋速度梯度G_0、湍动能耗散率ε作为絮凝评价指标,针对八种不同规模的机械搅拌澄清池,研究导流室直径变化对絮凝效果的影响,给出了对应的最优导流室直径,得出八种规模的机械搅拌澄清池清水区液面负荷为3.4～3.6 m~3/(m~2·h),比室外给水设计规范中机械搅拌澄清池清水区的液面负荷的取值范围小。可为实际工程设计提供一定的参考。     

基于能量比系数的圆柱栅绕流LES方法研究

圆柱阵列流场不但是工程上常见的流动换热结构,而且绕流问题与湍流涡发展研究密切相关。该文采用数值模拟算法研究了不同雷诺数下的单列圆柱栅绕流的不可压缩流动。比较了非定常RANS方程计算得到的湍动能和耗散率,引入湍流能量比系数对初始计算网格进行重新划分和局部加密,进而建立适宜于大涡模拟网格尺度,其结果与PIV和RANS结果进行对比。结果表明,在湍流流场区域能量比系数达到30%-40%的情况下,就可得到工程实际需要的精确计算结果,这大大减少LES算法所需要的计算网格总数和时间。     

加热对竖置平板水边界层影响的实验研究

本文用流场显示，电视录像与测量局部摩擦阻力同时进行的方法，研究了加热对竖置平板水边界层流态及摩擦阻力的影响，实验发现在流场湍度１％的水洞中，模型前部壁面的加热有效地延迟了水边界层的转捩，延长了层流区长度，相应地斑生成频率下降，处于转捩区的测力板上的平均摩擦阻力明显下降，处于层流区测力板上的摩阻略有减小，而处于湍流区侧力板上的摩阻略有增大，实验中还观察了模型头部加热引起层流分离现象。     

流动环境中二维铅垂射流的试验研究及数值模拟

使用超声测速仪（Micro ADV）对流动环境中二维铅垂射流进行了试验研究，得出了流速比为8时的流速分布图等资料。进而采用标准κ-ε湍流模型对该类流动进行数值模拟和对比研究，给出了涡心位置、分离点位置以及出露长度与射流比的函数关系式；并选用涡心和分离点两个断面，分析了κ方程和ε方程中诸项的作用，结果表明产生项和耗散项的贡献是主要的。扩散项的总贡献为零，只起到能量扩散作用。     

离心泵入口侧涡流对管路影响试验研究

由于离心泵叶轮的旋转,使得在其吸入侧的管路中会产生涡流,管路中的涡流特性不仅影响叶轮的进口形状,同时还影响着泵的流量及扬程,所以在离心泵的设计、运行等方面都要考虑吸入管中的涡流.就泵入口涡流的形成方面问题进行研究,采用数值模拟和试验研究相结合的研究方法,对离心泵吸管中涡流的形成、发展和传递特性进行了研究,为离心泵的设计及运行提供理论依据.     

降雨动能对溶质径流过程影响的实验研究

降雨动能对溶质径流过程有明显影响。本文在人时空分布均一条件下，通过调整降雨器高度的方式改变降雨动勇，由降雨么流实验具体说明了降雨动能对表层土壤水分运动、坡面漫流过程以及对泥沙和土壤溶质禹地表径流迁移的影响，并初步探讨了降雨动能影响的模拟途径。     

夏季干旱区风电场对近地表风速的影响研究

文章以内蒙古苏尼特右旗朱日和风电场为研究区,采用HOBO自动气象站对区域内的风速进行观测并得出相关结论。     

鱼道紊流特性研究进展

鱼道内的紊流特性对于鱼类能否顺利上溯洄游至关重要。为了解鱼道内的紊流状态,综述了丹尼尔式、竖缝式、组合式、涵洞式等鱼道内紊流流速、紊动能、紊流强度、雷诺剪切应力以及漩涡等紊流特性的研究进展,分析不同鱼道内紊流的分布规律及特点,指出鱼道中的紊流强度、紊动能等均会对鱼类对栖息地的选择以及鱼类通行造成较大的影响。此外,目前国内对鱼道内漩涡紊流特性的研究较少,建议对其深入研究,以改善鱼道内水力条件,保证鱼道有效运行。     

复杂地形山地风电场的CFD分析

利用基于CFD的Meteodyn_WT对湖北恩施某复杂地形条件下的山地风电场进行模拟分析,并依据分析成果进行风机布置和发电量计算。经与风电场的1 a实际运行结果对比,各机位点实测平均风速为6.02m/s,与WT计算结果相比偏小0.06 m/s,表明Meteodyn_WT模拟得到的总体结果较好。同时,Meteodyn_WT能够模拟出21、22号机位风速减小的趋势,未能准确模拟出其大小,但对8~11号机位的模拟结果存在较大误差,初步认为是由于缺少2号测风塔的测风数据所致。     

摇臂式喷头内流道流动分析与数值模拟

应用CFD通用软件Fluent模拟了PY140型摇臂式喷头的内流道在安装两种常用稳流器和不安装稳流器情况下的三维黏性流场,分析了三种稳流器情况下喷头流量、内流道静压力分布以及出口断面平均湍动能随进口工作压力的变化规律,并进行了试验验证。研究结果表明不同进口工作压力下喷头流量的计算值要高于实测值约11％,但两者的变化趋势非常一致。喷头安装稳流器有助于消除内流道中的涡流和横向流,降低喷头出口湍动能值,但在一定程度会增加内流道阻力损失,影响喷头的过流能力。此外,常用的 90°出口扩散角的圆锥形喷嘴容易在喷嘴出口附近产生逆流。数值模拟和试验表明,减少喷嘴出口扩散角可改善喷嘴出口流态,提高喷头流量。     

旋流泵内部不稳定流动数值模拟

为深入了解旋流泵内部不稳定流动情况,基于RNG k-ε湍流模型,运用CFX软件对3种流量下的旋流泵进行非定常计算,分析了不同流体域的涡核、湍动能分布情况以及内部压力脉动特性。结果表明：随着流量的增加,进口管路涡核逐渐减少;无叶腔内圈首尾相连的圆形涡带直径和流速逐步变大,无叶腔外圈涡核逐步分散;无叶腔向扩散管过渡区域的涡核尺度显著增大,隔舌处的涡核尺度亦逐步增大。小流量和额定流量下,高亮湍动能集中于无叶腔内圈,内部压力脉动主频为叶频;大流量下,高亮湍动能集中于无叶腔向扩散管过渡区域,主频为轴频。叶轮中非涡核区多集中于叶片迎水面,随着流量的增加,涡核分布逐步分散,非核区域增多;高亮湍动能在小流量下分布在叶片入口,额定流量下分布在流道中部,大流量下分布在叶片出口;叶片流道内的压力脉动主频始终为轴频。     

A physical approach of the short-term wind power prediction based on CFD pre-calculated flow fields

A physical approach of the wind power prediction based on the CFD pre-calculated flow fields is proposed in this paper. The flow fields are obtained based on a steady CFD model with the discrete inflow wind conditions as the boundary conditions, and a database is established containing the important parameters including the inflow wind conditions, the flow fields and the corresponding wind power for each wind turbine. The power is predicted via the database by taking the Numerical Weather Prediction (NWP) wind as the input data. In order to evaluate the approach, the short-term wind power prediction for an actual wind farm is conducted as an example during the period of the year 2010. Compared with the measured power, the predicted results enjoy a high accuracy with the annual Root Mean Square Error (RMSE) of 15.2% and the annual MAE of 10.80%. A good performance is shown in predicting the wind power’s changing trend. This approach is independent of the historical data and can be widely used for all kinds of wind farms including the newly-built wind farms. At the same time, it does not take much computation time while it captures the local air flows more precisely by the CFD model. So it is especially practical for engineering projects.     

环形UV消毒器流场模拟及湍流模型的研究

为了预测紫外反应器的流场特性,利用CFD技术,分别采用标准k-ε模型、Realizablek-ε模型、低雷诺k-ε模型和雷诺应力模型(RSM)进行了水力特性的模拟.结果表明:在x=0,z=1 cm以及x=0,z=83 cm处,4种湍流模型对z向流速的模拟结果都较符合PIV实验数据,在x=0,z=15 cm处,Realizable k-ε模型的模拟结果偏差较大,在x=0,z=64cm处,标准k-ε模型的模拟偏差较其他3种模型大.综合比较,低雷诺k-ε模型和RSM模型的模拟结果较为理想.     

基于致动线模型的风力机尾流场数值模拟

本文基于致动线模型求解三维Navier-Stokes方程的方法,对NTNU的BlindTest1风力机尾流场进行了数值模拟。该方法避免了求解实际叶片的表面边界层,无需使用动网格,从而大大降低了网格量和计算时间,非常适用于尾流场的模拟。该文所有计算均基于OpenFOAM自定义的求解器ALMpisoFoam。推力和功率的计算值与实验值吻合得很好,验证了求解器的正确性。3个典型叶尖速比下的轴向诱导因子、湍动能和尾涡结构等也在文中进行了简要分析。     

基于叶素理论及 CFD 的中扬程风力提水机的 低实度高效风轮设计

为了降低风力提水机的起动风速,解决传统风力提水机多叶片大实度、风能利用系数低的缺点,采用叶素理论对风力提水机叶片的气动外形进行设计,引入了修正因子,并根据工程实际优化了叶片的弦长以及安装角;采用CFD方法对风轮进行数值模拟,通过分析证明所设计的风力提水机能在2.5m/s的微风下起动,在额定工况下风能利用系数高达0.46,叶片具有很好的三维流动特性,气流流动稳定无脱流,具有中扬程、低实度、低风速起动进行提水作业的优点,扩大了风能的利用范围。     

调距桨梢涡精细流场的数值模拟

为验证湍流粘度取为mk/的修正剪切应力输运(SST)湍流模型在螺旋桨梢涡精细流场粘性模拟中的适用性,对驱逐舰母型桨DTMB5168调距桨的梢涡流动进行了模拟与校验。结果显示:0.9R以上径向区域周向平均的轴向、周向和径向速度分量均与试验值吻合很好,但0.9R以下区域的径向速度分量存在一定偏差;0.7R和0.92R处沿周向变化的三个速度分量变化形态均与试验值一致,故可由此来确定梢涡涡核区,但周向和径向速度分量峰值比试验值略小;轴向0.3R距离内梢涡涡核运动轨迹的模拟结果与试验值吻合较好。由此证明了修正的SST湍流模型在螺旋桨梢涡流动模拟中的适用性,还表明由叶梢区的径向、周向和轴向方向以及桨叶近壁面法向、叶截面弦长方向和尾流轴向方向的网格节点密度来局部控制叶梢区流动的模拟效果的可行性。     

近床面区挟沙气流流速垂线分布特征

以测试参数较为齐全的挟沙气流风洞实验资料为基础，结合已有各家资料重点对近床面区挟沙气流流速垂线分布进行了系统的分析。在对近床面区沙粒跃移层内气流剪切应力分布的理论分析基础上，指出了该区的剪切应力由沙粒临界起动风速、沙粒垂直速度的垂线变化和输沙量垂线分布三者决定，并进一步导出了近床面区的挟沙气流流速垂线分布廓线方程，由该方程计算得到的结果与实测资料吻合很好，此外，研究还表明，Bagnold提出的不同风力条件下挟沙气流流速廓线聚焦于一点的观点基于正确，但这一点不宜作为跃移层内外风速廓线的分界点，实际失发界点高度是沙粒跃移层外气流摩阻速度平方的0．015倍；Owen提出的跃移层外层速廓线方程基本合理，但其中有效粗糙度公式中的系数C取值为0．04时更符合实测资料；来流速度相同的情况下，挟沙气流的摩阻速度大于清洁气流的摩阻速度。