水力流态变化对水轮机运行特性影响的研究

为了解决水轮机在高速运行过程中严重的空泡现象，影响水轮机运行稳定的问题，利用流体仿真分析软件建立了贯流式水轮机的三维模型，利用仿真分析的方式对不同水力流态下的水轮机运行特性进行了研究。结果表明，水轮机的导叶开度越大，转轮进口处的液流角越小，能够将水轮机运行时的空泡现象降低73.4%，对优化水轮机结构、提高水轮机运行稳定性具有十分重要的意义。     

粗糙岩石单裂隙非达西流动的试验和数值模拟研究

采用3D雕刻方式制作了一批具有特定粗糙度的砂岩裂隙样品，结合自行设计的可定量调整粗糙岩石单裂隙开度的装置，实现了在试验中对岩石单裂隙试样开度和表面粗糙度的定量化控制。开展一系列不同流量下的渗流试验，研究了平均开度和表面粗糙度对粗糙岩石单裂隙非达西流动的影响。结果表明Forchheimer方程可以准确的描述裂隙中流体流量与压力梯度间的非线性关系。分形维数是表征岩石裂隙表面粗糙度的有效参数，其增大主要导致裂隙的曲折程度增大而使流动路径变得更复杂，从而促进非达西流动的发生。建立了惯性渗透率与平均开度和分形维数之间的经验定量化模型，通过直接求解Navier-Stokes方程来开展三维粗糙单裂隙渗流模拟，验证了所建立模型的准确性和所开展渗流试验的可靠性。粗糙岩石单裂隙的平均开度越小、表面粗糙度越大则所建立的经验定量化模型预测的结果就越精确。     

大口径轮盘式特种调节阀流动特性分析

大口径轮盘式特种调节阀（简称特种阀）是高空试验台保证进气系统温度和压力及时达到发动机飞行环境所对应温度和压力的主要调节阀之一。为了提高特种阀流量系数控制模型的精度，基于Fluent软件模拟研究特种阀的内部流动特性，探索分析了9个开度（10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°（全开））和9个压比（0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9）对特种阀内部速度和压力的影响规律。结果表明：特种阀内速度和压力沿无级调节盘呈对称分布，气流速度随着开度的增大而逐渐增加，在阀前压力为200 kPa、压比为0.1时，开度为90°的进口速度为72.92 m/s，约为开度10°的9倍；在开度不变时，进口速度随着压比增大先不变后减小，存在临界压比；开度为10°~50°时临界压比约为0.5，开度在60°~90°范围内临界压比约为0.6；特种阀的流阻系数随着开度和压比的增大而减小，开度为10°~40°时，流阻系数下降速度最显著，其中开度从10°增大到30°时，流阻系数下降了88%。     

交叉裂隙开度对滴状水流分流行为的影响

深入理解交叉裂隙渗流行为是预测裂隙网络渗流特性的关键。非饱和条件下交叉裂隙渗流与液体流态、交叉几何特征密切相关。针对低流量、低饱和度条件下的滴状渗流，开展了交叉裂隙液体分流模拟，发现了交叉处分流存在由液滴长度控制的主通道流动占优和支通道流动占优两种模式，并提出了关键液滴长度指标作为其临界条件。通过改变交叉裂隙主通道开度w₁和支通道开度w₂，系统探究了交叉裂隙开度对分流模式的影响规律及机制。模拟结果表明关键液滴长度受到通道毛细力和通道过流能力的联合控制；当两者对分流作用效果相反时关键液滴长度随裂隙开度w₁呈非单调变化，而当两者作用效果一致时则随裂隙开度w₁呈单调变化。此外，存在一个相对稳定的最优开度比w₂/w₁范围使关键液滴长度最大。研究成果为预测低流量、低饱和度条件下裂隙岩体渗流结构提供了理论和数据支撑。     

扇形中枢旋转门动水压强特性研究

鉴于扇形中枢旋转门是一种结构新颖的闸门，其过流流态与传统闸门有显著区别，为研究扇形中枢旋转门的动水压强特性，基于吴淞江整治工程60 m大孔闸及其消能设计工况，对闸门不同开度系数进行模型试验，分析了不同开度系数条件下的时均压强、平均波动幅度、脉动强度、频谱特性。结果表明，各开度系数下，门叶时均压强均为正压；总体脉动压强幅值较平稳，各测点在不同开度系数下脉动压强接近正态分布；脉动强度大小随开度和测点位置的变化而变化，随着开度系数的增大，脉动强度呈先减小后增大的趋势分布，脉动压强属于低频脉动；宽度方向测点位置的变化会对测点脉动强度的大小产生影响，可用中线位置脉动强度代替整体模型脉动强度。     

基于等效裂隙开度的层理煤岩渗透率模型研究

为了改进渗透率模型，定量描述层理煤岩在力学变形与渗透行为上的各向异性特征，将平行层理煤岩的裂隙开度作为基准，引入了等效裂隙开度系数，将非平行层理煤岩的裂隙开度等效，提出了一种基于等效裂隙开度系数的层理煤岩渗透率演化模型。结果表明：随着层理角度增大，层理煤岩的渗透率显著降低，且层理角度越大的煤岩，随着气体压力的变化其动态渗透率变化幅度越小；有效应力与吸附效应对于渗透率的演化有显著影响，但在不同的力学边界下，二者属于竞争关系，有效应力对于渗透率的影响在恒定围岩应力边界下处于优势地位，而吸附效应则在位移固定边界条件下占据主导地位；对于层理煤岩瓦斯抽采，顺层理方向抽采可极大的提高抽采效率。     

基于液压系统的风机叶片液压自调角系统

为确保冷却塔循环水系统安全可靠地运行，冷却塔风机转速以及叶片安装角度均按照最大换热量设定。但受生产工艺、环境温度等相关因素的影响，冷却塔风机的换热量在时刻变化，因此，冷却塔风机冷却能力与实际需求不匹配，造成大量能源浪费，为此，提出了一种基于液压系统的冷却塔风机叶片自调角的新型节能方法。首先，对自调角系统的工作原理进行了分析，利用Solidworks软件对自调角机构进行了结构设计，并对液压驱动系统工作原理进行了分析；然后，借助风力机气动载荷的计算方法，得到了液压系统提供的驱动力随安装角度变化的曲线；最后，利用AMESim仿真软件探究了多种液压回路自调角的工作特性，分析了调速阀内部元件节流阀开度对液压回路稳定性的影响。研究结果表明：自调角装置可以实现风机在不停机的工况下调节叶片的安装角度；采用PID调速阀液压回路可提高系统工作的精度和稳定性；当调速阀内部节流口的开度K=0.08时，可有效减少振荡时间，减小振荡峰值。     

井下电磁控制压力脉冲发生器结构参数与脉冲幅值关系的模拟分析

为满足油田井下精确调节和动态开发的需要，设计了一种井下电磁控制压力脉冲发生器。首先建立了注入井脉冲发生和传播的数学模型，然后利用MATLAB软件对模型进行仿真，研究了不同结构参数与不同流量和脉冲幅值之间的关系。