SIMULATIONS OF THE THREE-DIMENSIONAL TOTAL DISSOLVED GAS SATURATION DOWNSTREAM OF SPILLWAYS UNDER UNSTEADY CONDITIONS

Dams are often operated in a way to discharge over the spillways, which would cause a high dissolved concentration of air and be harmful to fish. The bubble transfer and the water surface transfer play an important role in affecting the concentration of the Total Dissolved Gas (TDG). Based on recent numerical simulations of the total dissolved gas saturation, in this article, a two-phase TDG transport equation is adopted to develop an unsteady three-dimensional (3-D) two-phase flow Computational Fluid Dynamics (CFD) model, including a number of parameters such as water depth, pressure and air volume entrained. This model is used to predict the hydrodynamics and the TDG distribution under unsteady discharge conditions. Good agreement between measured and numerical results is obtained for a case study.     

沉淀池数值模拟技术的研究进展与评论

在水处理应用当中的沉淀池数值模拟研究近些年取得了很大的进展.自20世纪70年代,国外的研究人员开始进行许多沉淀池场方面的试验研究与数值模拟工作,在试验测量方面进行了原型池与模型池的测量,包括对速度场与浓度场都进行了许多的测量工作.国内于近几年也开始开展一些数值模拟研究工作,但试验测量方面的工作几乎没有.数值模拟技术尚未能很好地发展到实际工程应用的阶段.对模型的最新进展、所需解决的关键性问题进行了总结.     

Influence of high-porosity mesh stent on hemodynamics of intracranial aneu- rysm： A computational study

This paper studies the influence of a High-Porosity Mesh （HPM） stent on the hemodynamic characteristics in the intracranial aneurysm based on the Computational Fluid Dynamics （CFD）. An idealized basilar tip aneurysm model and a HPM stent model are built. The pulsating blood flow in a cardiac cycle is computationally simulated for non-stented and stented models, to provide a wealth of information of the spatio-temporally varying blood flow field. The influence of the stent placement on the hemodynamic characteristics is analyzed in terms of distributions of velocity, pressure, Wall Shear Stress （WSS） and Energy Loss （EL）, which are believed to play an important role in the development and rupture of the aneurysm. The numerical results clearly show that the velocity, pressure, WSS and EL of the blood flow in the aneurysm are reduced by 30%-40% when the HPM stent is implanted. These computational results may provide valuable hemodynamic information for clinical neurosurgeon.     

口门布置对港池消波和环流的影响研究

针对避风港港池内的波流影响船舶安全等问题,用计算流体动力学模型,分别模拟了避风港口门相对于码头的5种位置布局和三种口门宽度(20、40、60 m)工况下,港池外波高分别为1、2、4 m的规则波传入港池后波浪消减率及可能形成的环流危险区域,模拟结果表明:港池口门偏离码头角度最大时,港池内波浪消减率最大,是较适宜的口门位置;在此条件下,口门越窄,环流区越多,不利于船舶安全,限制了通航能力。研究发现口门宽度为40 m时,既能保证船舶进港率,又能保障港池安全,在此基础上提出了合理的进出港航线。     

空气开关电弧的数学模型及其特性的研究综述

从空气开关电弧的平衡态化学组成、基本属性、建模与仿真、实验测试等角度,综述了国内外空气开关电弧的数学模型及其特性的研究进展,介绍了空气开关电弧物性参数的计算方法,列举了多个有代表性的电弧数学模型以及各种电弧特性的测试手段及其应用,最后指出了空气开关电弧研究所面临的几个问题。     

节流孔板非线性空化特征实验研究

工艺系统热工水力管路中的各类阀门、文丘里管、孔板等节流件,随系统工作压力和前后压差的增大,会出现汽液两相流引起空化。本文针对不同规格孔板为代表的节流件,采用流体力学仿真、结合台架实验产生的空化汽泡图像对比分析,提出阻塞流发展变化的斜梯三角形特性曲线。该曲线描述了流体通过节流件时,在不同工况下处于空化初生、临界、阻塞流、闪蒸4个不同流动状态。并给出了利用压力恢复系数或振动加速度信号作为空化初生点的判断依据。     

燃料组件典型栅元湍流激振数值研究

为掌握全长范围内的燃料棒振动响应特性,以用于燃料棒微动磨损寿命分析,本研究运用计算流体动力学（CFD）方法,对燃料组件典型栅元的湍流激振进行数值模拟分析,并通过棒表面的瞬态脉动压力分布开展不同夹持力下的单棒瞬态动力学分析。研究表明:格架上游的截面平均湍动能约为0.1 m2/s2,格架临近出口位置湍动能达到峰值的0.65 m2/s2,格架的存在显著增强了流场的湍流强度,这是造成燃料棒湍流激振的主要原因;通过瞬态动力学分析确定了均方根振幅最大的定位格架位置,并建立了该格架的均方根振幅和振动速度随夹持力变化的关联式。本研究将为后续微动磨损理论计算及实验验证奠定基础。      

流出分支管道引起的3维MHD效应研究

目前,磁流体动力学2维(2D)和3维(3D)效应的实验数据还很少,分支管道的MHD效应实验结果尚未见报道,圆形管道的流速分布尚没有完整的实验数据。我们利用国际合作渠道提供的仪器和国内液态金属回路的特点开展的3D磁流体动力学效应实验研究。实验在我国专门研究磁流体的动力学效应的液态金属回路上进行。其参数为:最大磁场强度2 T,最大哈德曼数M为4000,最大相互作用参数N为3600(聚变堆中M,N均在10~3～10~5范围内),回路工作介质为低共融钠钾合金,运行温度85℃,实验段管道由304不锈钢制成,主管道内径φ_0为57mm,壁厚t_(w0)为3.5mm;支管内径φ_1为22mm,壁厚t_(w1)为3.0mm;约24％流量流入支管;     

基于OpenFOAM的液态金属铅铋三维流动换热特性数值模拟研究

铅铋快堆是第4代核能系统的主要堆型之一,但由于液态金属铅铋的热物性与传统工质如水、空气等有很大不同,假设流动边界层与热边界层相似的雷诺比拟原理已不再适用。本文在开源程序OpenFOAM中开发了基于k-ε-k_θ-ε_θ四因子模型的自定义求解器,考虑热边界层与流动边界层的差异性,对带绕丝棒束通道中液态金属铅铋的流动换热现象进行数值模拟,得到了速度、温度等重要热工水力参数的三维分布,揭示了绕丝对冷却剂流动传热过程的影响规律,并将计算结果与经典实验关联式进行对比,结果符合良好,证明了所用模型和程序的正确性。本研究可为在OpenFOAM中添加新模型、开发自定义求解器以及开展针对液态金属流动换热问题的计算流体动力学（CFD）模拟提供参考。     

宽幅Π型主梁涡振机理及优化措施研究EI北大核心CSCD

该研究以某宽幅跨江大桥Π型主梁为例,通过风洞试验和数值模拟系统地研究了该桥面的涡振(vortex-induced vibration,VIV)性能及控制措施。首先,对该桥面节段模型进行风洞试验测试,试验结果表明,该桥面原始设计方案气动外形较差,在常遇风速下会发生较大幅值的涡激振动,振动幅值超过规范所限定的最大幅值;随后,开展了5种典型的气动措施研究,并通过风洞试验对其涡振控制性能进行测试;然后,使用数值模拟对该断面的涡振与抑振机理进行研究。对比分析5种措施的试验结果,得出4点主要结论:(1)风嘴越向下偏心,抑振效果越好;(2)大尺寸风嘴涡振控制性能优于小尺寸风嘴;(3)风嘴边缘设有水平板有利于气流的提前分离,可提升抑振性能;(4)倒“L”形裙板的扭转涡振控制效果优于风嘴。基于以上试验结论,选取原始断面与控制效果较好的措施进行计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟,旨在探究Π型梁涡振的诱发机理及控制机理。由模拟结果分析得到,Π型梁涡振的主要诱因是由于气流在桥面上游角点处分离形成剪切层,随后在箱内形成与桥面尺寸相当的大尺度漩涡所引起的。涡振的控制机理在于通过安装气动措施,整流分离后的气流,削弱剪切层能量,进而提升Π型梁的涡振性能。该研究对Π型梁涡振性能优化具有一定的指导意义,并提出了几种有效的抑振措施,为类似桥面的工程设计提供了依据。