局地暴雨对南水北调中线水位流量的影响

为准确分析短历时强暴雨对渠道水位流量的影响,以南水北调中线北拒马河节制闸区域为例,建立考虑降雨过程的一维非恒定流仿真模型,设定不同的雨区覆盖范围,模拟了降雨频率P=1%、降雨历时120min典型设计暴雨下渠道的响应过程。仿真表明,暴雨使雨区上游流量减小,距离雨区越近,减幅越大;使雨区内渠道的流量增大,且距离雨区中心越近,增幅越大。暴雨过程中,无论雨区范围大小,最大水位升幅均出现在北拒马河节制闸闸前,幅度与暴雨强度相关,降雨频率P=1%、降雨历时120min暴雨条件下为0.09m。暴雨结束后,随雨区覆盖范围的差异,北拒马河节制闸的闸前水位分别呈现下降、不变或上升趋势。当雨区范围达76km时,水位开始上升;当雨区范围达180km时,水位历时48h升至预警水位。     

无坎宽顶堰闸孔自由出流流量系数的推求与验证

针对传统宽顶堰闸孔自由出流流量系数计算公式在大开度、接近堰流情况下流量系数偏小的问题,采用理论分析与试验相结合的方法,研究了无坎宽顶堰在平板闸门与弧形闸门条件下闸后收缩断面水深的变化规律,提出了新的基于闸后水流收缩断面特性来确定无坎宽顶堰闸孔自由出流流量系数的计算公式,并对该流量系数公式进行合理性验证。结果表明,所提公式计算所得无坎宽顶堰闸孔自由出流流量系数符合实际,且流量在大开度下与堰流情况接近、衔接良好。     

带横向自压管道的开敞式调节池体型优化

调节池与泵站进水池相似,具有调节流态的功能等,但传统泵站进水池的出水管多为竖向布置且靠外力吸水,而调节池出水管横向布置且依靠水流自身重力出流。为此,基于FLUENT平台,采用雷诺时均N-S方程、VOF模型及RNGκ-ε湍流模型,通过单因素控制法研究了调节池的几何参数变化(调节池长宽比、调节池宽度、出水口边壁形状)对调节池出水管断面水力性能的影响。结果表明,当调节池长宽比为7、池宽为6 m、出口壁面为带有圆角的矩形时水力性能最优。     

基于希尔伯特—黄变换的过闸水流脉动压力时频特性分析

平面闸门通过启闭控制蓄水和泄水，在运作时容易受水流脉动压力作用而发生破坏。为研究闸门启闭运动与过闸水流的相互作用过程，首先对不同底缘形式下的闸门启闭过程中过闸水流进行三维数值模拟，再采用希尔伯特—黄变换对过闸水流脉动压力信号进行时频特性分析，得到信号的时间—频率—幅值信息，对比分析发现在前倾45°、后倾30°的组合式闸门底缘，在闸门底部受脉动压力作用较平缓，测点能量幅值的变化差值最小，水流流态较为稳定。该研究可为平面闸门过闸水流脉动压力分析提供参考。     

平原感潮河网地区水闸泄流能力探讨

根据北濠闸2006年3~7月调水试验资料,分别利用现行水闸设计规范中的两种算法计算了北濠闸泄流能力,并与实测泄流量比较.结果表明,两种算法计算值都有一定程度的偏差,算法1计算值偏大,算法2计算值偏小,取两者平均值作为泄流量精度较高.建议在条件许可时应做水闸调水试验,并结合物理模型试验最终确定合适的水闸泄流能力.     

台阶式泄洪槽水工模型试验研究

为验证山西省某森林公园台阶式消能泄洪槽设计的合理性,通过模型试验研究了该消能泄洪槽不同流量工况下的流态、台阶平面压力、流速分布及消能效率。结果表明,在试验流量范围内,泄槽内为跌落水流和过渡水流,掺气不明显;台阶平面压力变化范围为-9.7~24.4kPa,当流量为6m^3/s时,出现最大负压9.702kPa;除#3消力池进口处外,三段台阶式消能段均为泄槽底部流速较小,对泄槽底部冲刷较小,泄槽水流表面流速最大;在不同流量下台阶式泄槽+消力池联合消能率均超过了90%,其中大部分能量消散在溢洪道台阶上。研究成果可为类似工程提供参考。     

Fluent软件在溢洪道泄流中的应用

运用Fluent软件采用标准k-ε紊流模型和VOF法追踪自由表面,模型进流边界按压力进口边界条件,采用UDF函数定义水流进口断面压强分布,对某水库溢洪道泄洪进行了三维数值模拟,得到了溢洪道泄流量、沿程水面线、底板压强及流速分布,计算值与试验值吻合较好。表明采用压力进口边界条件和UDF函数定义水流进口断面压强分布研究溢洪道泄流是可行的,可在泄水建筑物体形优化设计中广泛应用。     

苏丹麦洛维大坝工程溢流坝优化下闸模型试验研究

通过对苏丹麦洛维大坝工程溢流坝#1堰孔优化下闸模型试验分析,可根据上游不同来流情况调整上游叠梁门底部开度,在确保下泄流量达到500m3/s条件下测定各开度的水力特性参数.该试验为化解水流漫顶上游叠梁门风险提供了优化下闸程序.     

溢流坝进水口导墙体型优化试验与数值模拟研究

为了探究不同布置形式的溢流坝进水口导墙对工程运行的影响,以直线型和直线圆弧组合型两种布置形式的导墙为例,通过整体物理模型试验和数值模拟的方法分析了闸孔进口及土石坝附近的流态、流速、紊动能等水力学特性。结果表明,直线型导墙会使其附近水流流态紊乱,降低临近闸孔的泄流能力,还会冲刷土石坝坡脚;直线圆弧组合型导墙可有效改善直线导墙形成的不利流态,为闸孔稳定泄流提供保障。研究结果可为其他类似工程导墙布置提供参考。     

明流泄洪洞弯道水流特性试验研究

某水库泄洪洞弯道水流流态极差。针对此问题,在弯道段加设5道斜导流坎,很好地解决了水流流态差的问题,但在斜导流坎的右边侧壁、导流坎后面的底板及导流坎的顶部出现负压,且负压值很大。工程最终采用限制泄洪洞下泄最大流量,由原来的346.74 m3/s减小到266.68 m3/s,即闸门由原来的3.2 m全开下压至2.8 m局开,水流流态得到了改善。     

燕尾坎挑流消能噪声的影响因素分析

通过燕尾坎挑流消能的水工模型试验,测量了某重力坝泄洪过程中产生的噪声强度,分析了测点位置、流量、闸门开启方式与噪声强度的关系。基于相似原理,把噪声强度结果换算到原型,从频率和等效声级两方面分析了水流噪声对库区居民和动物的影响。结果表明,水流噪声主频位于低频段,噪声强度最大值出现在32、40Hz频率处。流量和闸门开启方式相同时,挑坎末端断面附近低频噪声强度最大,挑流水舌进入水垫塘区域的高频噪声强度最大。闸门开启方式不变,流量越大,各测点对应频率的噪声强度越大。流量不变,开启孔数越多,各测点的噪声强度越大。调整运行调度方式,可以在一定程度上降低噪声强度。该结果可为分析水利水电、防洪、景观工程水流噪声的特性和减缓水流噪声的不利影响提供技术支持。     

长距离供水系统中空气阀的进排气特性参数研究

为研究空气阀进排气特性参数,基于数学模型,通过模拟计算,得出了空气阀的进排气流量系数与流通面积乘积随压差的变化规律;并根据不同压差下的空气阀进排气流量系数与流通面积乘积值,计算了不同进气流量系数下的进气流通面积。结果表明,空气阀的进排气流量系数与流通面积乘积随压差的增大而增大,且排气时乘积的变化幅度小于进气时;进气流通面积与其直径直接对应的面积存在差异。研究结果可为空气阀的设计及选型提供指导作用。     

含引水和尾水明渠输水的水电站过渡过程分析

鉴于无压明渠的水力特性直接影响含明渠引水式水电站的过渡过程和运行控制,结合有压输水系统的特征线法,采用明渠瞬变流分析的特征隐式格式和相应的边界条件,构建含非自动调节引水明渠、压力前池、尾水池和尾水明渠的引水式水电站的过渡过程分析模型,研究了明渠流水力特性对水电站过渡过程和稳定性的影响。结果表明,在大波动过渡过程中,明渠流水力特性对机组蜗壳进口内水压力和转速极值的影响很小,而尾水渠水力特性及尾水池最低涌波水位决定了尾水管进口的最小内水压力;考虑明渠瞬变流特性的影响,水力干扰下受扰机组的调节品质变化较为明显,而水力-机械系统小波动调节品质变化较小。     

引硫济金枢纽工程引水防沙及下游消能防冲模型试验的研究

通过模型试验,对甘肃省金昌市引硫济金枢纽工程的泄洪冲沙闸和溢流坝下游消能防冲效果、引水防沙效果及引水隧洞进口段水流流态进行了试验和研究.并以此为依据,为设计部门提供了合理的意见和建议;在此基础上,通过对枢纽工程运用后期进水闸前水流、泥沙的运动特性进行分析和研究,运用“分离流区,束水攻沙”的原理解决了引硫济金枢纽工程的引水防沙问题.     

大扩散比闸下水流扩散特性的影响因素分析

水闸下游水流流动扩散特性对下游河床及岸坡冲刷具有重大影响。为研究闸下水流扩散特性的影响因素,采用物理模型试验,分析了不同扩散比、闸门开启高度、弗劳德数及下游水深对水闸下游流态的影响;同时以断面相对最大流速及不均匀系数作为水闸下游扩散特性的衡量指标,得到不同弗劳德数、闸门相对开启高度、扩散比和水闸下游水流扩散特性指标的相关关系。结果表明,扩散比的增大会导致偏折水流的出现并增大偏折程度;而弗劳德数和闸门开启高度的增大则使水流偏折程度减少;断面相对最大流速和断面流速不均匀度均沿程减小,且受扩散比的影响最大。     

Systematic assessment of the anode flow field hydrodynamics in a new circular PEM water electrolyser

In this work, we investigated the key underlying flow characteristics of a circular unit cell proton exchange membrane (PEM) water electrolyser. In particular, we focused on investigating anode flow field design using computational fluid dynamics (CFD) tool. Transient, 3D single phase fluid flow simulation results were presented, and in-house experiments were conducted for validation against CFD simulation data identifying key performance parameters of the PEM water electrolyser: uniform water distribution, pressure drop and hydraulic retention time. The effects of the water flow rate, inlet and outlet sizing and different number of inlet and outlet configurations were considered. The main observation from the study was discussed to provide insight into the factors affecting the flow pattern. Among the studied flow field design cases, it was found that the average pressure drop decreased with increase in number of inlets, also flow profile can be grouped into different set, depending on number of inlets. The correlation between pressure drop and mean velocity profile for different inlet and outlet configurations provides a useful basis to properly design the high performance PEM water electrolyser.     

Numerical analysis of temperature non-uniformity and cooling capacity for capillary ceiling radiant cooling panel

Capillary ceiling radiant cooling panel is a high temperature cooling system, which could pose low energy consumption to meet thermal comfort requirements. A computational fluid dynamics (CFD) simulation study on heat transfer of chilled water flow in the capillary of ceiling radiant cooling panel was performed to attain surface temperature distributions and cooling capacities. Six influencing factors included chilled water inlet parameters, conditions of gypsum plaster and capillary mats structural parameters were considered to obtain the complicated relationships between capillary radiant panel conditions and heat transfer performance. The index of temperature non-uniformity coefficient was proposed to evaluate temperature profiles of ceiling panel surface. The results of the simulation were compared with the values depicted in ASHRAE Handbook and good agreement had been achieved. The average difference between simulation results and the values reported by ASHRAE handbook was within the region of 15%. The research results showed that temperature non-uniformity coefficient was negatively correlated with temperature of chilled inlet water (linear correlation), water velocity (correlation coefficient R = −0.85), and pipe diameter (correlation coefficient R = −0.93), but positively and linearly correlated with tube spacing. Cooling capacity was found to have negative linear correlation with temperature of chilled inlet water, covering thickness and tube spacing.     

采用复合吸附剂和高效吸附床的吸附制冷机性能测试

利用平行流换热器和自制的硅胶/氯化钙复合吸附剂研制了一台小型吸附式制冷样机,并对样机进行了试验测试。测试结果表明:相对于硅胶吸附制冷样机,复合吸附剂吸附制冷样机的COP和制冷功率都有了明显的提高;在热源温度为90℃,冷却水温度为35℃,冷冻水进口温度为16.5℃、出口温度为14.4℃,吸附10min,脱附5 min的运行工况下,在整个循环周期内(15 min),制冷功率为1.03 kW,SCP为128.3 W/kg,COP为0.29;在吸附周期内(10 min),制冷功率为1.54 kW,SCP为192.4 W/kg,样机的能量密度为10.3 kW/m3,平行流换热器的换热系数为472.3 W/(m2.K)。     

喷油嘴喷孔内气液两相流动的三维模拟

应用AVLFIRE软件,对5孔喷油器采用液体挤压研磨前后状态进行了二相流的三维流动计算。在喷油器针阀最大升程条件下,针对不同进口压力方案进行了两种喷油器的对比分析。计算结果表明:液体挤压研磨喷油器喷孔入口的圆角,有效地抑制了气穴的生成,从而提高了喷油器的流量系数。