节流口内空化流体的湍动特性

为了提高孔板空化器的水力空化强度并得到空化规律,考虑到脉动对空化模型的影响引入了脉动影响因子,得出流体脉动空化模型,采用多相流的方法通过Fluent软件得出流体的气液两相传质速率及湍流强度,最后得出流体空化规律.研究结果表明:当恢复压力一定时,适当增加入口压力可以提高流体的空化强度,在0.5～0.7 MPa可获得较大的空化强度,当压力继续增加时,使空化强度和发育程度均降低;相比于进口压力,出口压力对流体空化强度起主导作用,在0.4～0.6 MPa空化强度不断增强,当出口压力继续增加时,压差过小抑制了空化的发生;分析多孔出流的流体湍动模型和传质速率得出,在0.4～0.6 MPa多孔出流引起了流体的湍动叠加效应,导致空化强度增加.     

水工结构中的空化问题

本文从N—S方程及气泡运动与扩散生长方程出发,建立了描述紊流场中气核空化过程的统一数学模型,并据此导出了流场空化相似准则。指出空化相似包括宏观与微观相似两个方面,空化过程实际上是气核从微观尺度向宏观尺度转化的过程,在建立空化起始判据、空化相似准则时,均需考虑这一特点。本文的分析表明,要在减压实验条件下对原型空化进行相似模拟是非常困难的,数值模拟与实验模拟相结合,是解决水利工程中面临的空化现象“比尺影响”问题的可行途径。     

明渠自掺气水流掺气发展区浓度分布的计算

运用紊动扩散方程,并通过求方程相似解的途径,对明渠自掺气水流掺气发展区的浓度分布进行了计算。所导浓度分布公式与实测值进行比较,吻合良好。     

卡基娃水电站放空洞脉动压力模型试验研究

水流脉动压力会加剧闸门门槽的空蚀空化,增大阶梯泄槽底板承受的荷载,目前研究很少.结合卡基娃水电站放空洞工程实例,介绍了大比尺模型试验中脉动压力的测试方法及数据处理,分析了水流的脉动压力强度、脉动压力系数大小和频谱特征,得出工作门槽和阶梯泄槽部位的脉动压力特征和分布规律.希望能为高水头大流速的泄水建筑物的设计和安全运行提供参考依据.     

水流紊动流速传感器

本文所介绍的传感器,是利用贴有应变片的弹性元件,在紊动水流中产生受迫振动,输出与水流紊动成比例的讯号。这种传感器可以在清水中,又可以在含沙量高达700公斤/米~3的水流中测量水流紊动流速。传感器的测量范围,大约为(2—180)厘米/秒。利用这种传感器可以测山水槽中任一点任一时间间隔的脉动流速,而且还可以在以秒计的短时间内测出水槽中沿垂线的断面流速分布,显示出时均流速的分布规律和紊动强度的分布特征。曾从不同的角度采用多种实验方法来验证,证明所测记录确实代表水流的紊动流速。这种传感器的主要弱点,是在水中测量时,或多或少地要影响水流的原有状态。     

紊动对有机物降解影响研究

为了寻求水流的紊动对有机物降解的影响关系,利用FLUENT软件计算了圆筒实验中不同转速下的水流紊动动能,并根据不同紊动动能下葡萄糖的降解速率,利用非线性关系拟合出降解速率-紊动动能关系曲线,得出了一影响关系函数表达式;在此基础上对此式进行了数学上的分析,认为紊动对降解的影响可以描述为“一级反应”理论.根据此“一级反应”理论,能够导出现行的经验公式.同时文中利用此理论改进拟合出了更为符合“一级反应”理论的函数表达式,可用于从实验室实验数据和河流的紊动强度得出河流实际的降解速率.     

畧論水輪机中水流运动的力学相似

本文对水輪机中水流运动的力学相似問题作了初步探討。首先,从流体力学的普遍公式出发,导出了以压力、速度的断面平均值为变量的基本方程式。在此基础上,导出相似判据,其中引出了新的所谓紊动分布判据和分布判据。在分析这些判的性质之后,得出了一些关于建立水輪机相似公式的重要结論。     

轴对称自然空泡脉动特性水洞实验

为解决自然空化形成的空泡脉动特性问题,本文根据空泡压力微震方程,得出了空泡稳定条件。通过采用钝头体模型进行了水洞自然空化实验及高速摄影;同时利用压力变送器以及微型水压传感器采集了水压信号,对信号进行小波变换和快速傅里叶变换,并对比不同工况下的水压信号,从而对信号的频域和幅值进行了分析。结果表明:空泡的脉动主要是由尾部泡体脱落引起的;所采集到的水压信号具有宽频的特性,而高频分量主要由空泡界面上的气泡云破碎、水流中的游离小空泡破碎和湍流脉动所引起。本文的结果可为超空泡的稳定性研究提供一定的参考,有助于更好地掌握超空泡技术,为工程实践提供数据支撑。     

锡崖沟瀑布景观工程水力模型试验研究

根据锡崖沟景区规划设计,沿锡崖沟水库溢洪道下部开凿底洞引水,在水库下游红岩大峡谷常年形成20 m宽大瀑布.以满足瀑布流的重力和紊动阻力相似的原则进行了其正态模型设计.通过模型放水试验表明：流量变化对瀑布水流流态影响很大,溢流槽空间狭小,加之上游进口扇形扩散段扩散角偏大,水流扩散不充分,堰顶溢流不均匀,瀑布景观效果差.将模型的溢流堰顶修改为T型复式断面后,顺应了水流的流动特性,在各级流量下均能获得比较好的瀑布景观效果.     

混流式水轮机尾水管不稳定周期性水流的相似律

本文作者提出了用以研究混流式水轮机尾水管中不稳定周期性水流的相似律。给出由尾水管中水流环量引起的低频压力脉动频率与振幅的计算表达式。某些水电厂试验表明,计算表达式是正确的。提出在大型混流式水轮机转轮出口处装设轴流式诱导轮,做为消除由尾水管低频压力脉动引起的水轮机振动的措施。     

混流式水轮机空化流动特性分析

采用混合物空化模型对混流式水轮机的内部流场进行了数值计算,得到了大流量工况、最优流量工况、小流量工况水轮机的内部流动特性。计算结果表明：在大流量工况和小流量工况下,尾水管中心截面的低压区与涡带是相对应的,压力脉动的幅值主要受尾水管涡带直径两端压力差的影响,其尾水管进口段左右两侧以及弯肘段附近均有较大的漩涡区域,造成较大的能量耗散,尾水管内有明显的回流现象,水轮机内部流动比较紊乱。     

通气超空泡形态及其稳定性实验研究

通过在水洞中开展的系列实验对通气超空泡形态及其稳定性进行了研究．研究表明，重力对通气过程和关气过程所形成的通气超空泡影响不同，但超空泡轴线变形量都以非线性方式增长．当重力影响较小时，在相同空泡数下，通气超空泡与自然超空泡在形状和尺度上基本相似，并且两者的长细比都随着空泡数的增大而减小．通气超空泡形态不稳定主要有3种表现形式：气泡振荡、空泡界面波动以及空泡界面扭动，它们特点各异，对空泡产生的影响也不同．     

单井控制饱和凝析气藏衰竭开发动态预测

根据地下烃组分和水组分摩尔数守恒,按达西定律,考虑重力、毛管力以及界面张力的影响,也考虑地层岩石和地层水的微可压缩性以及储层岩石各向异性和非均质性;利用平衡常数理论划分拟组分,结合拟组分相平衡计算原理,建立了一个多组分三相二维单井渗流数学模型.采用IMPES方法对所建立的数学模型进行差分得相应的数值模型;采用牛顿迭代法将非线性方程线性化,再用线松弛法和直接解法对差分方程组进行求解.用FORTRAN语言编制计算程序.将研究结果用于单井控制饱和凝析气藏模拟计算,着重评价了采气速度对饱和型凝析气藏稳产年限和采出程度等开发动态的影响,从而为单井控制饱和凝析气藏开发方案优选,气井合理生产制度调整提供了依据.     

水轮机压力脉动的混沌动力学特性

为有效进行水轮机的运行监测和故障诊断,采用混沌动力学方法对水轮机在偏工况运行时的压力脉动特征进行研究.利用提升小波变换对压力脉动实验数据进行去噪,给出压力脉动信号时域分布及各频率成分的能量分布情况.分析脉动信号由轻度空化发展到严重空化过程中的一系列动力学特性,包括时频特征分布、相轨迹图、李雅普诺夫(Lyapunov)指数图和庞加莱(Poincaré)映射图等.结果表明:水轮机尾水管压力脉动的主要能量分布在低频段,随着空化程度的加重,频谱脉动强度增大;对于研究工况,最大Lyapunov指数均大于零且随空化程度增加而增大,说明水轮机压力脉动信号存在混沌吸引子.利用本文方法进行多工况分析,可完成在线运行监测.     

基于相似理论的燃气泄漏扩散规律研究

为得到燃气泄漏扩散规律,更好地减少燃气事故所造成的人员伤亡和损失,据相似理论,建立系统模型并进行模型试验,在获取不同空间点燃气的浓度和采集燃气管道的泄漏速率的基础上,对温度、湿度等多因素耦合作用下的燃气泄漏扩散作了多元回归分析。运用相似准则和量纲分析理论结合多次反复的试验,定量研究确定多因素作用下的燃气泄漏扩散方程并进行验证,为燃气泄漏扩散预测和应急救援提供可靠的理论依据。     

推移质运动的随机理论与应用

陡坡急流条件下的推移质运动常伴有较大幅度的随机变化,这种随机涨落现象在各个时间尺度下普遍存在.由于这种涨落现象的存在,随机理论模型往往更适用于描述这一类问题.为进一步研究推移质运动的随机属性,作者利用包含群体输移机制的Markov随机模型,通过理论和实验方法研究输沙停时的概率密度分布函数(PDF),这些研究揭示出推移质运动中的尺度分离现象.在前人工作的基础上,给出输沙停时PDF理论解的另外一种推导方式推导.与较早的研究相比,该推导更为简洁、直接.该理论解已通过数值和室内实验数据得到了验证.     

出口面积对有压弯管壁面压强及空化特性影响研究

高流速有压弯曲管道流动往往会出现壁面负压、空化等水力学问题。本文结合卡基娃水电站生态流量放水管工程,采用模型试验、数值模拟及理论分析方法,研究了出口面积对有压弯管壁面压强及空化特性的影响。试验结果表明：出口面积较大时,弯管内存在较大的负压,在高水位时,弯管段水流空化数小于初生空化数;当出口面积缩小为原面积的81.6%时,在不同水位下,弯管内水流空化数增大了2~4倍,弯管在各水位时水流空化数均大于初生空化数;基于能量方程,建立了有压弯管水流空化数的理论计算方法,计算结果与模型试验及数值模拟结果吻合良好。     

空化水射流空泡溃灭过程的数值分析

空化空泡发育与溃灭的计算是研究空化水射流的一个重点和难点.对比分析了空泡运动方程即Rayleigh-Plesset方程的不同数值解法,并针对固定时间步长的缺点,提出了变步长法解Rayleigh-Plesset方程的思路.通过优化系数λ=Ri/Ri-1,得出如下分析结果:在空泡内外压力变化的不同情况下,变步长法均优于固定步长法且没有奇异点.变步长法在节约计算量,保证结果精度等方面都有较好表现,该方法为研究空化水射流提供新的思路和算法.     

考虑叶顶间隙的螺旋轴流式混输泵主流道内空化特性

为揭示叶顶间隙对螺旋轴流式混输泵主流道内空化特性的影响,基于Rayleigh-Plesset方程的Zwart-Gerber-Belamri空化模型,采用SST k-ω湍流模型在不同空化阶段下对螺旋轴流式混输泵主流道内的空化特性进行研究,通过考虑叶顶间隙更为精准地揭示螺旋轴流式混输泵主流道的空化情况。结果表明:在叶顶处,除了流道内出现低压区和空泡外,在叶片吸力面表面也出现低压区和空泡分布;在临界空化阶段,叶轮进口以及叶片进口叶顶间隙处存在微弱的空泡分布;随着空化的发展,到断裂空化阶段,空泡分布区域由叶片压力面移动到叶片吸力面,说明叶顶间隙对混输泵主流道内的空化性能产生较大的影响。本文的研究结果可为螺旋轴流式混输泵空化性能的改善提供工程参考。