串列条件下静止圆柱对振动圆柱的流致振动影响试验研究

利用圆柱群的流致振动进行海洋能发电是当前可再生能源研究的热点之一。由于多柱体绕流存在强烈的相互干扰作用,其流致振动与单圆柱有着明显的区别且运行过程中必然存在某些柱体损坏或停机的现象,对相邻圆柱产生巨大的影响。利用自循环水槽对串列条件下静止圆柱对振动圆柱的流致振动影响进行试验研究。考虑两种工况:(1)上游圆柱固定,下游圆柱可沿横流向自由振动;(2)下游圆柱固定,上游圆柱可沿横流向自由振动。结果表明:对于工况(1),当2.0≤L/D≤4.0时,固定上游圆柱对下游圆柱的振动响应起增强作用,当5.0≤L/D≤7.0时,固定上游圆柱对下游圆柱的振动响应起抑制作用;对于工况(2),当2.0≤L/D≤3.0时,固定下游圆柱对上游圆柱的振动响应起增强作用,当L/D=4.0时,固定下游圆柱对上游圆柱的振动响应起抑制作用。随着间距比的增大,振动圆柱的涡激振动(vortex induced vibration,VIV)上端分支范围逐渐减小。相比于工况(1),工况(2)中上游圆柱的振动响应对间距比更为敏感。     

带键槽透水底板上举力特性模型试验研究

为保护高坝下游河床和岸坡不受泄洪高速水流的严重冲刷,危及大坝安全,需修建各类消力塘防护结构以构建大坝安全第一道防线。各类消力塘防护结构的安全是高坝泄洪安全的前提保障。随着对高坝下游防护工程的研究不断深入,相继提出了带键槽消力塘底板、透水底板等不同结构形式的底板,增加消力塘的稳定性,消力塘形式也从"被动防护"模式向"主动防护"模式转变。对"主动防护"与"被动防护"相结合的带键槽的透水底板进行研究,通过模型试验从最大值、概率密度分布、幅值和功率谱等角度分析上举力的特性。结果表明,与带键槽的底板相比,增加透水孔可以降低上举力;上举力概率密度分布基本符合正态分布;上举力幅值降低;功率谱密度更加的趋近于低频。     

不同底缘形式的平板闸门水力特性数值模拟

为优化闸门体型,探究不同底缘形式下闸门的水力学特性,采用RNG k-ε模型和VOF方法,结合动网格划分技术,对高水头平板闸门闭门过程中水力学特性进行了数值模拟分析。采用模型试验实测数据验证了数值方法的可靠性;利用非平稳随机过程处理技术(EMD),有效地提取底缘压力趋势项,进而开展底缘形式与水流脉动、持住力相关关系的探讨;通过综合考量底缘压力脉动、空化及持住力特性,寻求最佳底缘体型。结果表明,闸门底缘形式的改变对启闭力影响显著,前倾角底缘形式启闭力最小,底缘压力脉动较小,最不易出现空蚀破坏。     

不同端板条件下的圆柱涡激振动试验

以涡激振动海流能利用为工程背景,在流速范围为0~0.75m/s的自循环水槽中开展了直径为6cm的单自由度圆柱涡激振动试验研究,分析了5种不同形状端板、7种不同尺寸矩形端板条件下圆柱涡激振动的响应规律,提出了适用于能量利用的端板形状与合理尺寸。研究结果表明:5种端板中最有利于能量利用的为矩形端板,最不利的为无端板;矩形端板圆柱的振幅和频率为无端板圆柱的1.38倍与1.25倍;利于增强振动的矩形端板顺水流方向长度应控制在1.5~2倍圆柱直径范围内。     

单自由度串列双圆柱协同作用下的流致振动试验研究

为揭示不同间距比(L/D)下串列双圆柱协同作用下的振动特性,采用自循环水槽对等直径协同运动的单自由度串列双圆柱进行了流致振动试验研究。试验所采用的串列双圆柱间距比L/D范围为1~5,雷诺数Re范围1×10~4~4×10~4,串列双圆柱质量比均为1.95。结果表明,L/D=1时,在试验Re范围内串列双圆柱产生较小幅度的振动;L/D=2时,串列双圆柱的振幅比A*在VIV上端分支初始段有陡降现象,其后随Re的增大,振幅持续增大同时频率开始下降,但测试范围内并未出现显著的驰振特征;L/D=3~5时,串列双圆柱随间距比L/D的增加,上游圆柱脱涡对下游圆柱的影响减弱,突显出单圆柱的"自限制"涡激振动特点。