微气泡减阻实验研究

该文研究设计了一种基于超声空化的微气泡产生电路,利用AD9850产生正弦信号,经功率放大电路后驱动换能器使其空化,产生微气泡.分析了转盘转动过程中所受水流的阻力矩.同时,为了验证微气泡的减阻效果,提出了一种与该方法相配套的实验方案.实验结果表明,该方法产生的微气泡有较好的减阻效果,并且在工程上容易实现,具有较好的应用前景.     

Experimental study of drag reduction in flumes and spillway tunnels

Experiments in an open flume model and spillway tunnel model were carried out using drag reduction techniques.Two drag reduction techniques were adopted in the experiments:polymer addition and coating.The drag reduction effect of a polyacrylamide(PAM)solution and dimethyl silicone oil coating were studied in the flume model experiments,and the results were analyzed.Experiments were then carried out with a model of the Xiluodu Hydropower Station,the second largest dam in China.In order to reduce the resistance,the spillway tunnels were internally coated with dimethyl silicone oil.This is the first time that these drag reduction techniques have been applied to so large a hydraulic model.The experimental results show that the coating technique can effectively increase flood discharge.The outlet velocity and the jet trajectory distance are also increased,which enhances the energy dissipation of the spillway tunnel.     

圆管中分层层流流动的新模型及减阻规律

本文提出了研究圆管分层层流流动的新模型，并利用该模型研究了圆管分层流动速度分布规律，得出了速度场解析表达式，最后，研究了分层流动的阻力规律，为分层掺气减阻提供了理论依据．算例表明，分层掺气可以实现有效的减阻     

非牛顿流体在圆管中分层流动及减阻规律

本文提出了研究圆管分层流动的新模型，并利用该模型研究了非牛顿流体在圆管中分层层流流动，得出了速度场的解析分布式，最后，研究了分层流动的阻力规律，为分层掺气减阻提供了理论依据。研究表明，分层掺气可以在较大范围内实现有效的减阻。     

均质多孔介质中纳米颗粒吸附层的水流滑移模型

考虑纳米颗粒吸附边界层对管径大小的影响和不同流态时的岩心渗透率的差异,建立了基于纳米颗粒吸附的均质多孔介质水流滑移数学模型(K-L MⅡ)。测试了油基和水基两种纳米流体的减阻效果,两组岩心水相渗透率的增幅平均分别为46.5%和76%。利用K-L MⅡ和K-L MⅠ计算了两组岩心中的水流滑移长度,大约在20–80 nm左右。结果显示,两者的差异较大,最大相差100%,表明不宜用K-L MⅠ计算具有吸附层厚度影响的滑移长度。利用K-L MⅡ解释了纳米颗粒吸附造成孔道减小而注水量增加的矛盾,为阐述纳米减阻机理提供了理论依据。K-L MⅡ也适用于吸附层厚度为0的水流滑移效应,具有普适性。     

沟槽面管道湍流减阻的数值模拟研究

采用标准κ-ε模型,通过数值计算考察了两种沟槽面管道湍流减阻性能,包括不同的沟槽深度、沟槽间距以及零压梯度和逆压梯度的阻力性能,获得最大11％的减阻效果,并对其进行了实验验证;探讨了沟槽面的减阻机理,分析结果与沟槽面平板湍流减阻的结果较一致。     

柔性管自激振动减阻效果的实验研究

在实验确认柔性管紊流减阻效果的基础上,采用双重管结构,对柔性管的自激振动减阻效果进行了实验研究。结果表明:管的壁厚越小自激振动的减阻率越大;在雷诺数约为2.2×104时,壁厚为2 mm,3 mm及4 mm的柔性管自激振动减阻率依次约为13%,10%,8%。     

仿生非光滑沟槽形状对减阻效果的影响

利用有限体积法对三角形、扇贝形和刀刃形三种仿生非光滑沟槽表面流场进行了数值计算.近壁面区采用B-L两层模型,远离壁面区采用雷诺应力模型.分析了三种沟槽非光滑表面的流场特性,对计算域中心 Z＝3mm平面的速度场和湍流统计量进行了研究,分析了不同沟槽形状对减阻效果的影响,为最佳减阻沟槽设计提供了理论依据.三种沟槽具有相同的特征尺寸,顶点间距 s＝0.1mm,沟槽尖顶到谷底高度 h=0.05mm,与光滑表面相比减阻效果分别为 3.2%、9.1%、9.7%,数值计算结果和风洞与油槽实验结果有较好的吻合.     

明渠流掺气增流减阻规律的理论研究

本文研究了明渠中气液分层层流、分层紊流情况下的水流量增加或阻力减小规律。研究表明,明渠中的气液分层层流、分层紊流,即在近壁层内充以空气,可以在相同条件下明显地增大明渠的水流量,实现有效的减阻。     

Flow characteristics of the two tandem wavy cylinders and drag reduction phenomenon

This paper presents an extensive numerical study of 3-D laminar flow around two wavy cylinders in the tandem arrangement for spacing ratios (L/Dm ) ranging from 1.5 to 5.5 at a low Reynolds number of 1...     

碾压混凝土坝的渗流与控制(二)

依据国内外碾压混凝土及碾压混凝土坝渗透试验结果,结合碾压混凝土渗流特性的理论,分析了碾压混凝土本体和层面的渗透性、层面等效水力隙宽、层面处理方式等基本因素对碾压混凝土渗流特性的影响,归纳出碾压混凝土坝渗流的一般规律性,并通过对已建工程实践的分析比较,提出碾压混凝土坝的一些渗流控制对策.     

基于滞后效应的土石坝渗流监控模型

本文引入了库水位和降雨的滞后影响函数，以考虑库水位、降雨等因素对大坝渗流的滞后效应，并建立了考虑滞后效应的大坝渗流监控模型。计算实例表明，该模型能较好地反映库水位、降雨等因素对渗流的滞后效应，且模型精度较高，可预报大坝的渗流状态。     

V型沟槽尖峰形状对减阻效果及流场特性影响的数值分析

采用雷诺平均N-S方程和RNG k-ε湍流模型计算V型沟槽面的湍流边界层流动和黏性阻力,研究了V型沟槽尖峰形状对减阻效果、湍流边界层内的速度分布以及沟槽壁面切应力的影响.计算结果表明,沟槽尖峰处的圆角半径越小其减阻效果越好,最大减阻率可达6.6%;沟槽斜面中下部的壁面应力随着圆角半径的减小而降低,但尖峰处的局部壁面应力会随之而增大.沟槽尖峰处生成的二次涡是产生并影响减阻效果的根本原因.     

黏性泥石流残留层的床面减阻研究综述

黏性泥石流运动理论的核心问题在于确定黏性泥石流运动阻力和流速。但由于其运动的复杂、流态的多样,导致了阻力准确计算的困难,也制约了泥石流运动流速和流量公式的建立和推广应用。关于黏性泥石流的运动阻力问题,目前多聚焦于泥石流固液间相互作用的内部阻力关系,鲜见对于其床面阻力的研究。介绍了黏性泥石流的典型运动过程—"铺床",描述了铺床过程形成的残留层导致床面减阻现象,概述了目前国内外各泥石流运动模型对泥石流阻力的研究,并总结了残留层导致减阻的可能原因和目前多采用的床面阻力计算方法。认为残留层导致的复杂减阻效应,是黏性泥石流运动尤其是高速运动研究中不可忽视的一部分,但目前各类模型和水力学经验公式都无法概化黏性泥石流运动床面的阻力变化。鉴于此,提出了未来可开展的工作:(1)认知"铺床"导致的残留层的形成和发展过程;(2)探讨残留层床面减阻机制;(3)研究残留层床面阻力计算。     

壁面微结构流动控制技术的减阻机理研究

为了研究壁面微结构流动控制技术的减阻效应及其产生的原因,利用循环管路系统的方形管道进行了压降测定试验,并利用粒子成像测速仪测量了边界层内部结构和对应的参数。试验采用了沟槽和肋条两种不同类型的微结构壁面,每种形状的微结构各有3种不同的结构尺寸。试验研究结果表明:在一定的无量纲宽度s+范围内,6种不同的微结构壁面都具有减阻效果;减阻率随着s+的增大,呈现先增大后减小的趋势,其中沟槽壁面2的减阻效果最好,最大减阻率为9.90%;壁面微结构通过影响流场内部的涡结构、湍流脉动、雷诺切应力和平均流速等使得不同壁面微结构具有减阻效果。     

Analysis of shear rate effects on drag reduction in turbulent channel flow with superhydrophobic wall

We examined the shear rate effect on drag reduction of superhydrophobic surfaces with different slip lengths. For this purpose, turbulent channel flow was considered at the friction Reynolds numbers of Reτ = 180, 395, 500. By using Navier＇s slip condition it is shown that increasing shear rate leads to the greater reduction in drag force and also more reduction occurs in larger slip length. Based on the results, more than 25% drag reduction happens at a friction Reynolds number of Reτ= 500 for slip length of 1 ×10 5 m. The simulation results suggest that reduction in drag force occurs because slip condition reduces the Reynolds stresses, also weakens vorticity filed and the near-wall coherent structures, and therefore turbulence production is decreased.     

亚临界雷诺数下波浪型圆柱绕流的数值模拟及减阻研究

采用大涡模拟数值方法对亚临界雷诺数Re=3000下波浪型圆柱的绕流现象进行研究分析。研究结果表明,波浪型圆柱的三维尾迹涡结构能得到很好的控制,它在轴向方向呈现周期性正负涡的交替分布特性。随着幅值的增大,波浪型圆柱表面的自由剪切层得以延展,使得旋涡的脱落发生在波浪型圆柱下游较远处,从而达到减阻的目的。波浪型圆柱与普通直圆柱相比,其幅值对平均阻力系数及脉动升力系数的减少及尾迹控制有着更重要的影响,最大减阻可达16%。     

基于麻雀搜索算法和滞后效应的土石坝渗流监控模型

针对渗流滞后效应对土石坝渗流监控模型精度的影响问题,考虑不同滞后效应下库水位和降水量对土石坝渗流影响的差异性,分别引入正态分布函数和瑞利分布函数定量描述库水位和降水量对土石坝渗流滞后影响,构建了考虑滞后效应的土石坝渗流监控模型,并采用麻雀搜索算法求解模型滞后效应参数和回归系数的最优值。以某心墙土石坝为例,对比分析了考虑不同滞后效应及未考虑滞后效应的渗流监控模型的精度,结果表明,本文构建的渗流监控模型精度较高,更接近实际情况,能定量评价土石坝渗流的滞后效应,可用于土石坝渗流健康监测和安全性态评价。     

各向异性对土石坝渗流的影响分析

土体的各向异性是普遍存在的。利用有限元法计算土石坝加固前后浸润线的分布情况,坝后渗透坡降的变化规律,得出各向异性的存在对土石坝的渗透稳定危害更大的结论。提出了在今后的计算中,需要合理确定不同方向的渗透系数,使计算结果符合实际情况。     

土石坝各向异性渗流特性及对坝坡稳定的影响

基于饱和-非饱和理论,以均质土石坝为例,采用固定网格法,运用ABAQUS有限元软件分析了渗透特性各向异性情况下的浸润线、流速分布,将流场作为初始应力导入到坝坡的稳定性计算中,基本解决了坝坡渗流与稳定性分析耦合问题。计算结果表明,坝坡浸润线、下游溢出点随着各向异性的增大而抬升;坝坡安全系数随着各向异性程度的增大而减小,论证了考虑各向异性渗流特性的必要性。