明渠自掺气水流掺气浓度分布Wood模型的改进研究

本文对明渠自掺气水流均匀流区掺气浓度分布的Wood计算模型建立中的两条基本假设进行了改进,在考虑掺气水流水气二相间相互作用的条件下,建立了气泡上浮速度和紊动扩散系数的计算式,并运用紊动扩散方程,导出了掺气均匀流掺气浓度分布的计算公式。计算值与实测值吻合良好。     

掺气水流声速的研究

采用一维双流体模型,利用小扰动原理研究了压力波在水气两相泡状流中的传播规律。针对水利工程中高速掺气水流的特点,对方程进行合理模化和封闭。详细分析了掺气浓度、压力、扰动频率、相间相互作用力对掺气水流中声波传播速度和衰减的影响。结果表明,适当的掺气浓度会使掺气水流的声速显著降低;压强的减小和相间传热的增强可使声速减小、衰减加快;虚拟质量力主要影响高频声速,并使声波衰减减慢。     

挑坎下游高速掺气水流的数值模拟

应用FLUENT软件及其二次开发技术,采用双流体模型及混合k-ε湍流模型对带有掺气挑坎的陡槽高速掺气水流进行了二维数值模拟。根据掺气水流的特点,重点对相间阻力模型进行了改进,特别在构建相间阻力本构关系式时考虑了湍流扩散的影响。计算结果表明,在相间阻力模型中考虑湍流扩散的影响,可明显改善以往数值计算对水流掺气估算偏低的状况,使掺气浓度的分布和掺气量的计算结果与试验数据符合更加良好,说明湍流扩散对掺气浓度的分布有重要作用。当采用双流体模型模拟掺气水流时,相间作用力模型应考虑湍流扩散的影响。     

高速掺气水流数值模拟研究

应用FLUENT商用软件及其二次开发技术,采用双流体模型及混合k-ε 湍流模型对带有掺气挑坎的陡槽高速掺气水流进行了二维数值模拟。根据掺气水流的特点,重点对相间阻力模型进行了改进,特别在构建相间阻力本构关系式时考虑了湍流扩散的影响。计算结果表明,在相间阻力模型中考虑湍流扩散的影响,可明显改善以往数值计算对水流掺气估算不足的状况,使掺气浓度的分布和掺气量的计算结果与试验数据符合更加良好。说明在合理构建相间相互作用力的基础上,采用双流体模型可较好地模拟高速水流掺气现象。     

明渠水流掺气的减阻增速效应

明渠水流自然掺气以后呈水气混合的两相流,其密度、粘性以及流场内和壁面上的剪力都小于相应条件下水流未掺气(虚拟清水流动)时的数值。因此,掺气水流中的水相速度将大于未掺气时的清水速度。本文分析了作者及L.G.Straub在实验室内测得的两批资料,最后给出:明渠掺气水流可比拟为分层结构;其减阻效应与水相连续的近壁层平均含水度_b明显有关;其增速效应则受全断面平均含水度及渠道底坡α的制约。     

掺气水流数字图像上气泡提取的二值化阈值确定

随着数字图像相关技术的迅速发展，其在水工水力学精细测量中的应用越来越受到关注，但在掺气水流中的应用研究却很少。笔者结合掺气水流的特点，比较了3种从掺气水流数字图像中识别水和气的阈值确定算法，并通过试验验证其算法的可靠性。其成果为以后数字图像处理技术在测量气泡速度和掺气浓度中的应用打下了良好的基础。     

水股跌落水塘的掺气水流模拟及其缩尺影响

本文对水股跌落水塘的掺气水流模拟过程中，水流挟气浓度、气泡尺寸、挟气水流长度的缩尺效应进行了讨论，提出了一个挟气浓度的测量方法──集气采样法，其原理简洁合理，设备简单，操作方便，结合工程实际阐述了类似的掺气水流模拟所应注意的问题。     

水垫塘不同水流结构区掺气浓度分布规律试验研究

为了得到水垫塘局部掺气浓度分布规律,减少过流边壁空蚀破坏的发生,采用水力学模型试验的方法,将水垫塘内水体进行水流结构分区,通过改变泄流流量、水流入射角度、水垫深度三个条件,实测水垫塘不同水流结构区掺气浓度值,研究气体在不同水流结构区的运动机理。对试验所测数据进行整理得到水垫塘不同水流结构区掺气浓度分布曲线,且不同的水力条件与其拟合近似为二次曲线关系。通过分析得到水垫塘不同水流结构区掺气浓度分布规律如下:各水流结构区掺气浓度随泄流流量增大而增大;射流与附壁射流区紊动掺混随泄流流量增大而更加剧烈;掺气浓度随水垫深度增大而减小;淹没射流区与旋滚区掺气浓度随水流入射角度增大而减小,附壁射流区掺气浓度随入射角度增大而增大,但变化不明显。     

清水及浑水高速流掺气和掺气抗磨的研究

本文介绍时明流泄水建筑物高速水流自掺气、槽坎人工掺气以及含沙浑水掺气抗磨的系统研究。通过理论分析、室内试验和原型观测的综合探索。已取得一系列重要研究成果:明流自掺气、人工掺气的掺气最和掺气浓度分布、槽坎掺气减蚀设施的掺气保护长度、含沙水流掺气特性和掺气抗磨效果以及掺气水流的模型律和尺度效应等。     

掺气水流掺气浓度缩尺影响的估计

根据紊动扩散理论和相似理论导出了掺气水流试验的9个模型相似律。研究表明，若要求掺气水流的掺气浓度原、模型相似，并按重力相似律引伸，则掺气气泡的上浮速度应和水流流速一样满足重力相似律。在模型采用和原型相同的介质，即水和空气进行试验时，由于气泡上浮速度不相似，引起掺气浓度巨大的缩尺影响，本文首次对这种影响进行定量估计。研究表明，模型的比尺λL应足够大，以减小掺气浓度的缩尺影响。     

可压缩掺气水流的一维特征分析

本文简要介绍了由双流体连续介质模型导出的简化的封闭可压缩掺气水流基本方程组，推导出一维情形中的特征方程。     

AERATION EFFECT OF SUBMERGED JET ON HYDRAULIC CHARACTERISTICS

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＪｅｔｆｌｏｗｈａｓｂｅｅｎｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙａｐｐｌｉｅｄｆｏｒｅｎｅｒｇｙｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ .Ｉｎｄｅｓｉｇｎ ,ｈｏｗｅｖｅｒ,ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｃｏｍ ｐｌｅｘｉｔｙｏｆｐｒｏｂｌｅｍａｎｄｔｈｅｄｉｆｆｉｃ     

掺气挟沙对高速水流边界剪切力特性影响的分析

在高速水流循环系统中，用自行研制的剪切力传感器分别量测了清水、掺气水流及挟沙水流壁面上的剪切力；实验表明，含沙掺气高速水流壁面剪切力的脉动值的概率密度函数分布基本符合正态分布规律；文中根据实测资料，分析了剪切力的时均值和脉动值与水流速度的关系；讨论了掺气及含沙量对壁面边界剪切力的影响；在同一流速下，剪切力的时均值及脉动值随着含沙量的增加而略有增加，随着掺气浓度的增加而降低。     

SONIC SPEED AND SHOCK WAVE IN HIGH VELOCITY AERATED FLOWS FROM HIGH HEAD DISCHARGE STRUCTURES

1 .　INTRODUCTIONWiththedevelopmentofhydropowerstationsinChina ,highdamshavebeenbeingincreasinglybuilt .Alotofhighdamsthatisgreaterthan 10 0minheighthavebeensofarcompleted .Andmanysuperhighdamsover 2 0 0mhighsuchastheErtanandLontanHydropowerStationswerecompletedorareunderconstruction .Someofthemevenhavetheheightsoftheorderof 30 0msuchastheXi aowanandXiluoduoHydropowerStations .Ac cordingtoincompletestatistics ,nearly 30superhighdamsthatisgreaterthan 2 0 0minheighthavebeensofarcomplete…     

基于SPH方法挑流水舌的数值模拟研究

以数值模拟挑流水舌的运动特性为目标,采用光滑粒子动力学方法,根据水气两相流的运动规律,建立掺气水舌的SPH数学模型,根据空气阻力的作用特性和自由表面判据,得到了空气阻力的计算关系式,提出了掺气水舌的SPH数值解法。针对桓仁水电站泄洪雾化,进行了掺气水舌的SPH数学模型实例研究,所得到的光滑粒子运动图像刻画了挑流水舌与空气的相互作用,模拟了挑流水舌的掺气过程,并得到了掺气水舌的厚度和速度随其曲线长度的变化关系。结果表明,桓仁水电站挑流水舌的外缘挑距模拟值为82.2 m,原型观测数据为80.2 m,计算误差为2.49%。掺气水舌的挑距模拟值与其原观值基本一致,证明了掺气水舌SPH数学模型模拟挑流水舌运动的有效性和可靠性。     

CAVITATION CONTROL BY AERATION AND ITS COMPRESSIBLE CHARACTERISTICS

1. INTRODUCTION So far a lot of high dams that are greater than 100 m in height have been constructed in China. And many super high dams over 200 m in height, such as those at the Ertan and Longtan Hydropower Stations, were completed or are under construc…     

明渠挟沙水流的颗粒相平均速度及速度滑移

基于颗粒相动理学模型所确立的颗粒相基本方程和本构关系，导出了明渠挟沙水流中固液两相平均速度差的表达式，表明相间速度差与两相的垂向脉动强度、脉动切应力、水下重力、剪切升力、颗粒弛豫时间等有关，与两相沿流向脉动强度无关。运用水流速度的窦国仁公式，计算了颗粒相速度的垂线分布，分析了相间速度差的垂线分布特性，结果与试验资料吻合很好。表明相间速度差呈现出水面小、水底大的分布形式；细小颗粒的速度差近似为零，粗重颗粒的速度差明显、在固壁附近存在明显的极大值。