光滑溢流坝面水流边界层特性试验研究

本文利用自制激光测速仪对典型光滑溢流坝面水流进行了较详细的量测,并结合理论推导和有限元法对坝面势流的计算,对坝面边界层的各种流动特性进行了分析研究。文中给出了自坝顶曲线与上游垂直壁面交点处开始的边界层沿整个溢流坝面发展的全面轮廓,并在对粘性底层流速分布量测的基础上给出了切应力沿整个溢流坝面的分布。对于反弧段,本文分析了壁面和曲率两种原因产生的流速梯度既互相影响,又有所区别的现象。     

曲率对边界层湍流结构的影响

本文计算了沿不同曲面流动的湍流边界层。提出了考虑曲率影响的双方程湍流模式。通过与实测的穿过边界层的湍流能量和结构系数分布的数据比较,分析了曲率对边界层的影响。结果发现,曲率对边界层湍流结构的影响小于旋转的影响,但在不旋转的蜗壳中,不能略去曲率的影响。     

溢流反弧段壁面势流流速计算方法的探讨

笔者在已有研究成果的基础上，考虑了溢流反弧段凹曲率的影响，应用急变流动断面平均概念，建立了求解溢流反派段壁面势流流速μpw的计算公式，经与已有的计算方法比较，其求得的u。值最大相差不超过1cm／s，壁面势流流速沿程增大的规律也是完全正确的，说明所推导的溢流反派段壁面劳流流速计算公式是正确可靠的．     

波状床面消力池的流速分布和壁面阻力系数

根据S.A.Ead和N.Rajaratnam(2002)对波状床面消力池流速、边界层厚度和壁面阻力的试验成果,通过对试验资料的分析,研究波状床面消力池断面流速分布和最大流速沿程变化的规律;根据边界层理论,研究波状床面消力池边界层的发展和壁面阻力系数的变化规律。研究表明:波状床面消力池的断面流速分布具有相似性和分区性,断面流速具有同一分布规律,各断面以最大流速为界,将其分为边界层区域和混合区域,在边界层区,流速沿垂线不断增大,在混合区,垂线流速不断减小;消力池的最大流速沿程逐渐衰减;波状床面消力池的边界层厚度远大于光滑壁面的边界层厚度;壁面阻力系数大于光滑壁面的阻力系数。提出了断面流速和沿程最大流速的计算公式和波状床面消力池边界层厚度和壁面阻力系数的计算方法。对所提出的公式与S.A.Ead和N.Rajaratnam(2002)的试验成果进行了对比分析,验证了计算方法的正确性。     

弯槽湍流的直接数值模拟

本文采用直接数值模拟的方法对弯槽湍流进行了了研究，主要目的是研究流向曲率对湍流流动情况的影响。数值计算的雷诺数Rem-Umh/v=2800,其中Um为流向平均速度,h为弯槽的半槽宽，v为运动粘性系数。结果表明，弯槽凹壁和凸壁对湍流发展有不同的影响，凹壁使湍流加强而凸壁使湍流减弱。相干结构的分析表明凸壁附近上抛和下扫作用明显弱于凹壁，这是造成上述结论的原因。同时，弯槽中出现的Taylor-Gortlor涡造成了流动在展向的不均匀。     

溢流坝反弧段紊流边界层空间特性的试验研究

本文利用一维激光测速系统，在实验室模型上，对光滑溢坝反弧段边界层水流特性进行了试验研究，研究表明，溢流坝反弧段内流动存在着微弱的三维结构，流的三维性主要由侧壁边界层及表面棱形波造成。反弧段凹曲壁面上近壁区流速分布仍满足对数律。本文还给出了壁面的切应力，边界层紊动特性及坝面压强等沿程变化的试验结果。     

溢流反弧段水流边界层有关概念的探讨

本文对溢流反孤段水流边界层的定义方法进行分析讨论。在分析及弧段流速分布的基础上提出离心力附加边界层厚度和粗糙度附加边界层厚度的概念,研究了壁面曲率和壁面粗糙度对溢流反弧段边界层发展的影响。     

模型溢流反弧的激光测速与紊流过渡区的边界层特性

本文利用激光测速仪对３种不同粗糙度，２种反弧半径的溢流反弧段的水流流速进行了测量，对边界层特性进行了分析研究．试验分析认为，水流流态，壁面粗糙度和壁面曲率对边界层特性有明显的影响     

考虑壁面阻力水跃共轭水深的计算方法

根据前人对附壁射流区流速分布和壁面切应力的研究成果,通过边界层的动量积分方程研究水跃区的边界层发展和壁面阻力系数的计算方法,通过动量方程研究考虑壁面阻力时的水跃共轭水深的计算方法。研究表明:水跃区的边界层厚度沿程增加;壁面阻力系数是水跃旋滚长度、跃前断面水深和弗劳德数以及水流运动黏滞系数的函数;水跃共轭水深比是跃前断面弗劳德数和壁面阻力系数的函数。提出了水跃区水流边界层发展、水跃旋滚长度和壁面阻力系数的计算公式,并将壁面阻力系数用于计算水跃的共轭水深。通过F.G.Carollo和W.C.Hughes的试验资料对公式进行验证,证明提出的公式形式合理、考虑参数全面、计算简单、具有足够的精度。     

复杂河道边界对滑坡涌浪周期的影响

滑坡涌浪对涌浪生成和传播区域可能造成巨大影响。河道型水库滑坡涌浪受河道边界的作用会产生波浪叠加。为研究河道边界对滑坡涌浪周期的影响规律,借助长江三峡库区万州某河段与原型一致的物理模型,基于FLOW-3D计算流体力学软件建立三维滑坡涌浪数值模型,给出了数值求解、网格划分和边界条件设置方法,并经物理模型试验对建立的三维数学模型进行一致性较好的验证。按照滑坡体入水点位于河道直线段、弯道凸岸顶点、弯道凹岸顶点3种工况,模拟分析复杂河道边界对滑坡涌浪周期的影响规律,绘制波谱强度与频率关系图,得出不同岸坡坡度、弯道凹岸平面曲率、凹岸圆弧角度、凸岸圆弧角度对涌浪周期的影响规律。     

粗糙壁面溢流反弧水力特性及紊流边界层的研究

本文对溢流反弧（Ｒ＝１００ｃｍ）不同粗糙度模型水力特性进行了系统试验，探讨了壁面粗糙度对反弧水流流速、压强分布及边界层发展的影响。综分析了流速分布的影响因素，得出反弧水流边界层外部势流流速不受粗糙度影响的结论，给出了边界层内流速指数随粗糙度变化的关系式。试验表明粗糙度对离心力压强影响甚微。给出了反映壁面粗糙度影响的边界层厚度计算式。     

基于CFD分析的壁面粗糙度对轴流泵水力性能的影响研究

为探讨壁面粗糙度对轴流泵水力性能的影响,本文通过对一轴流泵设置光滑壁面和不同粗糙度的壁面,基于CFD软件,雷诺时均方程,标准k-e模型,通过仿真计算得到了轴流泵在光滑壁面与粗糙壁面影响下的性能差别,并通过压力云图对比分析了叶片压力面、吸力面及叶栅通道内部的压力分布得到粗糙壁面影响下的轴流泵的压力及轴功率变化。指出壁面粗糙度通过影响边界层的流动,进而影响到了轴流泵近壁面的压力分布从而改变轴流泵的相应特性。     

曲率缓变型反弧段水流的时均特性

本文提出一种曲率缓变型反弧曲线设计方法，用激光测速系统研究了该反弧水流的时均特性，得出反弧段水流时均流速分布，壁面压强，壁面切应力及紊流边界层的沿程变化，与单圆弧反弧体型试验成果比较表明，的反弧曲率的连续缓变，使壁面压强分布和空化数变化缓和，消除了曲率突变存在的逆、顺压力梯度；过渡层紊流强度减小２０－３０％；切应力系数有所下降，反弧末端切应力系数Ｃ＇ｆ减小１０％，本文还对反弧水流紊流边界层厚度的变     

滴灌系统叠片过滤器离散型流道结构水力性能试验及内部流场模拟

为获得叠片流道内部水流流动特性,解决叠片过滤器水头损失较大的弊端,通过室内试验对比了传统叠片过滤器和具有离散型流道结构的叠片过滤器在不同流量下的水头损失,并采用Fluent19.0对清水条件下2种不同流道结构叠片过滤器内部流场分布规律进行数值模拟。结果表明:流道内部流量模拟值与试验设定值最大相对误差为4.8%;随着流量的增大,传统叠片过滤器产生的水头损失更为明显,与传统叠片过滤器相比,离散型流道叠片过滤器产生的水头损失在最大流量下降幅为20.8%;对不同流道进行内部流场分析,得出同一流量下离散型流道的平均过流断面面积大于直线型流道,过流断面面积越大,则流速越小,水头损失也越小,离散型流道内部局部水头损失占主导地位,凸台的离散排列降低了沿程水头损失。研究结果可为叠片流道的设计和结构优化提供参考。     

湍流边界层流向-展向平面中发卡涡的涡迹特征

研究湍流边界层精细流动结构特征,有助于建立流动结构特征与壁面摩阻、流噪声之间的关联,从而为湍流边界层减阻降噪机理的深层次研究奠定基础。该文应用PIV(粒子图像测速)技术,对平板湍流边界层中发卡涡在流向-展向平面的涡迹特征进行研究。利用PIV瞬时速度场,捕捉到明显的低速条带,通过统计分析获得对数层范围低速条带间距随壁面法向距离的变化以及雷诺数的影响规律。同时,通过涡识别准则,提取在流向-展向平面内长低速条带两侧的反向漩涡带,揭示了发卡涡包与长低速条带的内在关系。此外,还研究了流向-展向平面发卡涡涡腿间距随壁面法向距离的变化规律以及雷诺数的影响。     

湍流边界层内穿层固粒运动性态的研究

本文对固相为稀相的气固两相湍流边界层流动,假定固粒不影响边界层特性并忽略固粒之间的相互作用,在平均场的意义上,分析了穿层固粒所承受的作用力及其他因素对固粒运动性态的影响,研究了固粒穿越边界层后碰撞壁面时的不同现象,提出了固粒运动性态的分类准则,并且对以磨损为着眼点的气固两相边界层的研究前景进行了探讨。     

基于FLUENT的明渠紊流边界层数值模拟

利用FLUENT软件对不同宽深比的光滑壁面明渠紊流边界层进行了数值模拟,主要包括断面主流速、紊动能、壁面切应力及摩阻流速.迭代计算结果表明,FLUENT软件在计算过程中收敛速度快、稳定性好,可以从定性与定量角度真实地反映流场分布状况.     

天然河湾悬沙浓度横向和垂线分布规律

通过对来家铺弯道的野外测验资料进行整理、甄别和筛选,从中选取具有代表性的3组断面数据,分析弯道内悬沙粒径和垂线平均浓度的横向分布规律,悬沙浓度沿垂线分布规律。分析表明,断面平均流速是决定弯道悬沙中值粒径粗细和平均浓度高低的主要原因,凸岸悬沙垂线浓度均值一般高于凹岸,浓度的标准差也大于凹岸;弯道中粗沙浓度均值和标准差均高于细沙浓度均值,粗沙的分组粒径浓度沿垂线分布比细沙更不均匀。     

理想缝隙流的初步分析和试验研究

本文利用保角变换原理设计了从模型进口直段过渡到工作段之间的收缩段边界形状,并制造了理想缝隙流空化试验装置。理论分析中,对整个流场进行计算,对出现有曲率的紊流边界层问题,运用微分法和积分法求解。微分法采用零方程模式,不仅考虑曲率对涡粘性系数的影响,而且还计及曲率对方程的影响,得到有曲率的紊流边界层发展趋势。并利用当量源法对内流中边界层与势流的相互作用进行迭代求解。试验中,对流速、压力进行的测量和分析,得到理想缝隙流的一些水力特性。计算分析结果与试验值较为相符,而微分法的精度则高于积分法。对理想缝隙流的空化现象进行了初步观察,从空化初生和阻塞方面的有关成果说明,在水流发生阻塞时,喉部压力一般高于饱和蒸汽压。     

溢流坝反弧段水流的紊动特性

本文利用一维和二维激光测速系统,对光滑溢流坝面反弧段水流进行了精细的量测.对反弧段边界层的各种紊动特性进行了分析研究.给出了沿反弧段坝面x方向(流向)和y方向(法向)紊流强度和的分布,以及反弧水流边界层紊动切应力的分布规律.可以看出,反弧段水流紊动特性具有明显的特点,与陡坡上的水流不同,边界层内紊动及掺混明显加剧,尤以边界层中部增加最为突出.边界层以外的外流区仍存在着一定的紊动及掺混,且沿程在不断地发展.本文通过对紊动比尺及功率谱的研究发现,反弧段涡旋比尺大大增加,大尺度涡旋的形成对反弧段水流的紊动结构有较大的影响.