管道车环状缝隙流水力特性

为进一步研究筒装料管道水力输送技术并完善动边界同心环状缝隙流理论,探讨了管道车在平直管段中不同雷诺数稳定运行时所产生的缝隙流水力特性。在动边界条件下,缝隙流的平均流速和管道车速度随输送雷诺数的增大而增大;在缝隙流内部,最大流速出现在距离动边界2mm处;在距离动边界14.5mm附近出现增压减速的现象;对同一位置,动水压强与雷诺数成幂函数关系。根据缝隙流随雷诺数的变化特性,从运行速度与能耗比的角度提出了最佳输送雷诺数的概念和确定最佳输送雷诺数两种方法,对筒装料管道水力输送技术在实际工程中的应用提出了合理化建议。     

基于OpenFOAM对某溢洪道挑流水动力特性的两相流数值研究

挑流消能中水舌在空中段及跌落到下游水垫塘的过程中,均存在明显的气液两相流特性,为更加深入探明该过程中的水动力特性,需构建更加先进的气液两相流数值模型。运用CFD开源软件OpenFOAM构建两相流三维数值模型,通过挑流试验测得的水舌结果对该数值模型进行验证,结果表明数值模拟结果与试验结果吻合较好,同时通过数值研究发现κ-ωSST湍流模型优于κ-ε、κ-ω湍流模型。将κ-ωSST湍流模型得到的数值模拟结果与已有挑流射程经验公式进行比较,结果表明κ-ωSST湍流模型比经验公式计算结果更接近试验结果。最后,基于数值模拟结果分析射流作用下水垫塘的动水压力分布特征,发现塘底湍动能最大值位于距挑坎1.26L₁、1.23L₂、1.093L₃、1.001L₄处。最大塘底压强位于距挑坎约0.91L₃处,此处也是整个计算域流速最低的流速滞点。研究结果可为挑流过程的相关研究提供参考。     

管道双车在不同车间距下车间螺旋流轴向速度特性研究

为进一步研究筒装料管道水力输送技术,了解管道双车在不同车间距下车间螺旋流速度特性,得出管道双车的最优运行间距。采用模型试验、理论分析相结合的方法,研究了双车间距分别为10、30、50、70、90cm情况下管道双车间螺旋流轴向速度特性。试验采用两个相同型号的管道车模型在水平光滑的有机玻璃圆管内完成,流量恒定控制为30m~3/h。结果表明,间距为10、30cm时,水流紊动混掺强烈,圆管周围间隔120°存在三个速度极大值区域,而圆管中心为速度极小值区域;间距为50、70cm时,圆管周围已无明显的涡形区域,圆管中心区域速度梯度较小,水流相对比较稳定;间距为90cm时,水流稳定,与无管道车时满管水流断面流速分布类似。由此得出,管道双车的合理间距为50~70cm。     

横隔板式鱼道水力特性数值模拟研究

为改善堤、坝等阻碍鱼类洄游的现状应用了鱼道、鱼闸等过鱼设施,采用RNG κ-ε湍流模型和有限差分法对兴隆水利枢纽工程鱼道进行了数值模拟,分析了淹没孔口式横隔板鱼道的流态和紊动能,研究了过鱼池和休息池的水力特性。结果表明,淹没孔口式横隔板鱼道的孔口水流具有固定特性,紊动能的分布空间较广,消能效果较好。过鱼池和休息池内水流的流态较稳定,能满足过鱼对象的需求。     

井筒式潜水轴流泵出水管道水力特性数值模拟研究

为了解井筒式潜水轴流泵出水管道内部水流运动特点,提升井筒式潜水轴流泵的装置效率,利用FLUENT软件,采用标准κ-ε方程湍流模型和压力修正SIMPLE算法,并结合VOF方法处理出水池气液交界面,对4种进水口流量下的井筒式潜水轴流泵出水管道进行了数值计算,获得了进水口流量的改变对出水管道水力特性的影响规律。     

"Y"型汇流口水流水力特性试验研究

利用ADV对“Y”型汇流口水流三维水力特性进行模型试验研究。结果发现，与支流斜接干流型汇流口水流一样，“Y”型汇流口也存在流动停滞区、流速偏转区、分离区、流速加速区等区域。“Y”型汇流口水流总体向下游呈螺旋流，随着汇流比的增大，河床高差的存在。这种螺旋流趋势减弱。河床高差的存在会大大增强支流侧水流脉动强度。     

旋转煤粉分离器特性的数值研究

旋转煤粉分离器是制粉系统的重要组成部分,其主要性能指标有分离器出口煤粉细度、综合分离效率及通风阻力等,直接影响制粉系统和锅炉的经济性。用Fluent软件对旋转煤粉分离器的内部流场进行数值模拟研究,得到了分离器的流场分布规律及各性能指标随转子转速的变化趋势,对进一步了解旋转煤粉分离器的特性提供了一定的理论基础。     

风力机三维旋转叶片非定常气动特性数值模拟研究

文章基于CFD方法对NREL Phase VI风机的气动特性进行了数值模拟。根据NREL定桨变速的实验工况,通过求解三维非定常雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS),基于k-ωSST湍流模型分析了不同风速工况下的风机叶片流场特性,得到了气流沿叶片展向的流动分布。通过与NREL NASA-Ames风洞实验数据的对比,在低风速时采用CFD仿真的计算结果与实验结果更为吻合;在失速区域,由于气流分离的影响,CFD仿真的计算结果与实验结果对比差异较明显。CFD仿真大体上能够较好地预测实验风机的性能,分析动态失速现象发生的原因,揭示叶片在三维旋转效应下的非定常气动特性。     

横向流对搅拌浮选槽流动特性影响的CFD数值模拟

浮选机在受到横向进入的矿浆时,其流场特征也不尽相同。基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics-CFD）方法,数值模拟KYF型浮选机在横向流（清水）作用下,分析对不同流量对浮选槽流动循环特性、湍动能的影响。同时,根据叶轮监测点压力值周期性波动特点,通过漩涡强度准则的涡识别方法分析不同压力点时刻叶轮区域涡系结构的变化。结果表明：横向流量的增加,浮选槽上循环作用会有一定的减弱,每个定子间隙的径向流速度峰值关于横向流轴线呈现明显的不对称性,顺流侧的径向速度峰值整体低于逆流侧。横向流量的增加也会引起混合区和运输区的湍动能增大,此外,横向流对浮选机因叶轮旋转搅拌引起流场中的旋转涡流起到抑制作用。     

导流条长度对管道双车车间断面水力特性的影响

导流条对水流具有较强的导向作用,对管道内水流流态影响较大。为探究筒装料管道运输中导流条长度对管道双车车间断面水力特性的影响,通过物理试验和理论分析研究车间断面的流速场和涡量场。结果表明,水流经导流条后由稳定管流变为螺旋流,导流条越长,轴向流速越小;周向流速随着导流条长度的增加而增加,其大小与轴向流速为同一量级;径向流速的分布比较紊乱,在轴心处大部分为负值,在管壁处大部分为正值;断面平均涡量随导流条长度增大而增大,涡量大小关于中轴线对称分布,但方向相反。     

基于流场数值模拟的蜗壳优化改造

针对以等速度矩设计的混流式水轮机蜗壳在含泥沙水流中长期运行时尾段磨蚀严重的问题,提出型线优化方案,利用数值模拟方法对改型前后的水轮机全流道进行数值验证,结果表明改型后的蜗壳鼻端速度降低,减小了磨蚀对水轮机的破坏。通过对比分析蜗壳改型前后的速度矩、速度切向分量平均值及液流出流角的变化规律,得到一种工程中切实可行的蜗壳抗泥沙磨损及提高水力性能的改造方案。实例应用表明,该改造方案有效可行,可在工程中推广应用。     

戽流消能水力特性数值模拟

采用RNG κ-ε紊流模型,结合气液两相流VOF模型以及标准壁面函数法对干捞水电站戽流消能水力特性进行数值模拟。得到了在设计洪水位条件下溢流坝下游河床自由水面、压强、流场分布以及消能影响范围等水力特性的变化规律。通过模拟结果与电站实际运行情况进行对比分析可知,本方法能够准确模拟出戽流消能的各项水力特性,并且为消能工的设计和优化提供参考依据     

旋转平板上水膜流动的数值模拟

对有汽流掠过的旋转不板上的水膜流动进行了数值模拟,得出了该类水膜流动的速度分布和水膜厚度的分布规律。     

旋转气冷涡轮流场的数值模拟

应用数值计算的方法,对采用气膜冷却的涡轮叶片在静止和旋转状态下的流场进行数值模拟,研究涡轮叶片在静止和旋转状态下冷却射流和主流的掺混流场结构.结果表明:涡轮叶片压力面极限流线在静止和旋转两种工况下的区别比较明显.旋转使得马蹄涡的尺度有所加强.压力面和吸力面侧都存在明显的反向涡对结构;在吸力面,反向涡对的对称性比压力面的好;反向涡对随着下游距离的增大逐渐减弱,同时旋转使得掺混流场的轨迹有向叶片径向偏转的趋势.旋转工况下涡轮压力面侧反向涡对的衰减速度和程度变化明显,吸力面侧涡对的涡心位置更靠近叶片壁面,涡的影响区域也较小.     

流化床内颗粒旋转特性的数值模拟

将离散单元法和计算流体力学相结合,在自行编制程序的基础上对流化床内气固两相流中颗粒的旋转特性进行数值模拟,得到了气体的速度场、颗粒的速度场、颗粒平均体积分数以及颗粒平均转速分布,并重点分析了颗粒的旋转对颗粒平均速度、床层膨胀高度和平均空隙率的影响以及影响颗粒平均转速的因素.结果表明:颗粒的旋转不仅会对颗粒自身的运动产生影响,也会对其所在的流场产生一定影响;颗粒平均转速不仅与颗粒间的碰撞次数有关,还与颗粒间的碰撞强度有关,且密度大的颗粒的平均转速小于密度小的颗粒,直径小的颗粒的平均转速大于直径大的颗粒.     

空间淹没水跃流态特征数值计算

空间水跃可使局部范围内水流紊动剧烈,提高水流稳定性和消能效率,消能效果较好。为探讨空间水跃的流态特性,基于RNGκ-ε紊流模型和流体体积函数(VOF)自由表面处理方法,建立了三维紊流数学模型,数值模拟了突扩比为0.833、0.667、0.500、0.333等4种空间水跃情况,讨论了不同突扩比下空间淹没水跃的流态及漩涡演变规律。结果表明,空间水跃下游流态存在左右摆动、主流轴线聚集等现象,当突扩比小于一定值后,在水跃发展过程中将产生游离的立轴漩涡。研究成果为空间水跃在水利工程中的应用提供了理论依据和参考。     

圆管螺旋流的流动与传热数值模拟

针对工程中常见的圆管流,采用切向引入装置使流体产生旋转流动,通过建立圆管螺旋流的三维模型,采用RNG-模型对管内流场进行了数值模拟,获得螺旋流的速度场以及强化传热特性。研究入口不同速度对强化传热性能的影响,为旋流强化传热装置的应用提供了必要的依据。     

螺旋通道内受限外流传热和阻力特性的数值模拟

通过三维数值模拟,对不同螺旋角度(15、20、30、40、45、50、60°)的螺旋通道内受限外流传热和流动特性进行了研究,提出了在一定的Re数范围内(0.8×104≤Re≤6×104)的优化形式,从而改善管壳式换热器壳侧流动和传热。研究结果表明,螺旋通道内受限外流形成理想的柱塞流,流道内速度分布均匀,有效地减小和消除了流动死区;与垂直折流板形成的"Z"字形受限外流相比,在相同的压降梯度下具有较高的传热系数,具有明显的节能效果。在研究的Re数范围内,当螺旋角α=45°时具有最佳的传热和阻力综合性能。研究结果可为管壳式换热器壳侧高效低阻结构设计和进一步优化提供理论依据。     

柱体周围水力特性的数值模拟研究

针对柱体周围水力特性的数值模拟研究多采用二维数学模型,得出的结论缺乏原因和规律分析,基于Fluent 6.3软件平台,采用κ-ε紊流双方程模型和具有自由液面追踪功能的VOF单流体模型,分别对方柱体布置方向与来流夹角成90°和圆柱体布置方向与来流夹角成45°、60°、75°、90°进行三维数值模拟,分析了柱体对水流的壅水及柱体周围的流场和压力状况,获得了柱体周围水力特性的规律,可为柱体设计提供参考.     

基于湍流模型数值模拟的梯形弯道水流特性研究

输水明渠弯道段因壁面条件改变,水流运动紊乱,严重威胁输水安全.为研究输水明渠弯道内水流特性,基于RNG к-ε湍流模型建立弯曲度为15°、45°、60°、90°的梯形断面弯道模型,利用PISO算法求解方程组,进行弯道水流三维数值模拟.结果 表明,弯道对渠道内流场影响范围包括弯道及下游较长区间;随弯曲度增加,凹岸最大水面...