强潮河口排涝闸下游双丁坝防冲减淤措施研究

在综合分析钱塘江河口北岸水泥沙运动特性的基础上，提出在强潮河口排涝闸下游利用双丁坝进行防冲减瘀的方案，并利用水流数学模型模拟分析了水同布置方案工程前后水流特性、闸下游水流流态、丁坝间流速变化、排水出流与附近边滩水流相互作用情况，推断出丁坝附近的冲淤情况，从而为闸下游选择适合的河宽（丁坝间距）和丁坝长工提供依据。     

非淹没丁坝附近的水流流态

以水槽试验为基础，对非淹没丁坝附近的水流现象进行了定性描述。采用三维声学多普勒流速仪对丁坝附近的水流特性进行了系统的试验研究，较为全面的分析了弯道内丁坝附近水流的三维时均流速和水面形态等，进一步表明绕丁坝近场流动的强三维非恒定性，为相关的工程实践提供理论依据。     

丁坝布置形式对中小河流栖息地影响的数值模拟研究

丁坝是广泛使用的河道整治和维护建筑物。同时,丁坝又具有保护水生态多样性和改善河流栖息地的功能。丁坝周围水流具有较强的紊动特性,不同的丁坝布置形式对河流流态、水沙结构影响较大,进而影响河流水生生物的栖息地演变。为摸清何种丁坝布置形式对栖息地改善最为有利,基于IFIM理论,将二维浅水模型、泥沙运动和河床演变模型与栖息地加权可用面积计算模型耦合,探讨了不同丁坝布置形式对中小河流典型鱼类栖息地的改善作用。结果表明,采用对口丁坝布置形式时流场对称性强、流态较好,可得到较优的栖息地可用面积WUA,研究成果也可为河流水生态修复与管理提供一定参考。     

灌渠上水电站两侧绕流的近似计算

挡水建筑物普遍存在渗流与绕流问题，需进行绕流计算，以便采取相应的防范措施。在径流计算中，将三维的空间问题简化成二维的平面问题，通过理论分析法配合流网求出地下水等高线图和绕流渗流量。     

单排井柱桩透水丁坝的分水缓流作

为了验证井柱桩透水丁坝的分水缓流作用效果，建立单排井柱桩透水丁坝运行时的水量平衡方程，导出了单排井柱桩透水丁坝上下游流速公式。以塔里木河三号口断面建单排井柱桩透水丁坝为例，计算单排井柱桩透水丁坝上下游流速值并进行比较，结果表明，井柱桩透水丁坝下游流速较上游流速显著降低，与实际效果相符。     

双平板叶栅绕流的流动结构及其激励特性研究

绕流叶片的非稳态流动及其尾迹涡结构是诱发水力机械振动的主导因素。以横向布置的一对平板叶栅为研究对象,基于LES计算雷诺数在4.8×104下的三维绕流流场,分析绕流流场涡演化结构、升阻力及压力脉动等特性,以揭示尾迹干涉下平板绕流的流场结构及其激励机制。结果表明:该雷诺数下,单平板绕流平板表面存在错列布置的发卡涡结构,绕流尾迹呈现出高度的三维特性;双平板叶栅绕流状态下,上、下游平板间的间隙流动结构有明显抑制上游平板表面涡结构演化的作用;平板受力在模式H和模式L之间不断切换,且升力波动的幅值随阻力的增大而增大,尾迹干涉下下游平板受力的模式切换频率升高,升力波动幅值也增大;平板表面压力脉动的主要激励源为平板尾涡脱落。尾迹干涉下平板绕流及受力分析,可为水力机械叶片尾迹干涉下的流动主动控制提供参考。     

滴灌灌水器复杂流道局部阻力特征的试验研究

以3种复杂流道(涡流,菱形绕流,矩形绕流)作为研究对象,通过光固化立体造型快速成型技术分单元制造流道单元试验件,利用压力-流量试验得出流道的局部阻力系数及其与流道单元数之间的变化规律,为灌水器高效流道设计以及新型灌水器研发提供理论依据.试验结果表明:流道的局部阻力系数随着流道单元数的增加而线性增长;涡流流道的局部阻力系数随着工作水压的增大逐渐增大,而菱形绕流和矩形绕流流道的局部阻力系数则随工作水压的增大而逐渐减小.     

雷诺数对不同绕流方式下涡旋脱落规律的影响

为了探究不同雷诺数下,圆柱和方柱绕流涡旋脱落的差异,采用ANSYS-FLUENT软件,模拟了不同雷诺数下圆柱和方柱的绕流情况,通过对比分析不同位置流体介质的速度、压力以及湍流粘度的变化,研究了不同工况下的流场结构、涡脱落模态的关系。研究表明:当绕流方式一致时,随着Re的增加,物体上脱落的涡旋从产生到周期性振荡脱落,最后到随机性脱落泻入尾流形成卡门涡街。圆柱绕流中圆柱前方高压区面积随Re增加呈现先增加后减少的趋势,但方柱绕流中方柱前方高压区面积几乎不随Re发生改变;而当Re相同时,方柱绕流最大速度始终大于圆柱绕流,且方柱绕流较圆柱绕流的流动更加不稳定。     

水泵站底坎二维绕流湍流数值模拟

采用基于RNG方法的湍流模型对水泵站底坎绕流流场进行了数值模拟．在笛卡尔坐标系下，采用交错网格的有限体积法求解二维不可压Navier-Stokes方程，计算结果与试验数据以及与采用标准的K-ε两方程湍流模型计算的结果进行比较，结果表明基于RNG方法的湍流模型对于有强漩滚回流的尾流的详细结构，能够给出真实的模拟．     

S型叶片周围复杂流态的研究

在水洞实验台上进行了S型叶片绕流的实验观察与实验数据采集。对不同攻角、不同雷诺数下的S叶片周围流态进行了分析，借助于气泡的形态变化对流态进行了深入探讨。实验中发现：随着攻角的增大，S叶片尾部射流逐渐加强，同时S型叶片正面流态随攻角的增大逐渐失稳；S叶片尾部存在着复杂的加速流、射流与尾涡结构之间的相互作用，随雷诺数增大，这种相互作用变得愈加强烈；可以预测S型叶片易发生空化的区域在前缘处，空化的型式为局部空化。研究结果为新型叶片设计提供了依据，并为使用S型叶片的转轮的流体动力学性能预测提供了参考。     

泵站前池流态的数值模拟

应用水平方向上是正交贴体坐标系、垂直方向上是笛卡尔坐标系的混合数值网络系统和三维紊流数值模拟的方法 ,模拟了泵站前池水流流态。计算结果表明 ,对具有复杂几何边界的泵站前池水流 ,特别是前池中设置几何尺寸相对较小的底坎、导致墩等情况 ,方法非常适合。可以较好地模拟出局部区域复杂的水流流态 ,生成网络的计算工作量小 ,能非常方便地进行不同整流方案的计算比较 ,实用性强     

弃渣场与大桥工程对防洪影响的计

采用控制体积法与SIMPLE算法对一般曲线坐标系下的水流控制方程进行离散求解,建立了一般曲线坐标系平面二维水流数学模型。并用来对大岗山水电站下游弃渣场与永久大桥工程建设后遭遇百年一遇洪水时的防洪影响进行了数值模拟。结果表明：工程修建后最大壅水高度为0.91m,位置在桥前200m。流速最大增加值为4.3m/s,出现在桥下游130m处。     

增压器无叶蜗壳内三维可压湍流流场的数值模拟

用心形线表征了一种增压器无叶蜗壳双梨形流道截面轮廓，用有限差分法对蜗壳内三维可压湍流流场进行了数值模拟计算，通过与IFA300型热膜风速仪的测量结果相比较，表明两者具有良好的一致性。分析了其喷嘴出口处及流道截面上的速度分布，结果表明，蜗壳尾段喷嘴出口处的速度较低，其余部位处速度分布较均匀；在蜗壳与初始截面处的流道中存在涡流。     

混流式水轮机尾水管旋涡流的LES

基于N－S方程和大涡模拟（LES）模型，采用贴体坐标和四面体网格系统，用SIMPLE算法求解，对混流式水轮机内部流动进行了三维非定常紊流计算，较准确地预测了一混流式水轮机在各工况下的内部流动，尤其是尾水管和转轮内的旋涡流动。     

射流混药装置二维和三维流场对比分析

为了探索射流混药装置的设计方法和试验方法,从数值模拟和试验研究两方面对射流混药内部流场进行了对比分析.建立了射流混药装置的三维模型,且将射流混药装置侧向农药入口等效为环向入口建立了其二维轴对称模型,分别确定了二维轴对称流场和三维流场的数值模拟方案,采用CFD软件Fluent对其流场进行了数值计算,并比较了二维轴对称模型与三维模型完成计算的CPU时间,结果表明二维轴对称模型比三维模型的计算效率高64%.搭建了混药试验台,测量了射流混药装置流动性能参数.试验研究的测量结果与数值模拟方案的计算结果对比确证表明：二维轴对称模型数值计算结果与实测值的最大偏差和平均偏差分别为7.41%和4.14%;三维模型数值计算结果与实测值的最大偏差和平均偏差分别为5.13%和3.41%,这表明确定的射流混药装置二维轴对称模型和三维模型的数值模拟方案均可用于工程计算.     

水泵水轮机“S”形区全流道数值模拟

为了解决水泵水轮机“S”形区所导致的水泵水轮机在水轮机工况并网困难问题,研究了水泵水轮机“S”特性工作区域的内部流动情况,选取国内某抽水蓄能电站模型水泵水轮机水力模型作为研究对象,进行几何建模,并借助计算流体动力学软件CFX进行全流道数值模拟.模拟采用了区别于传统RANS模型更为精细的分离涡模型进行计算,得到了水泵水轮机内部的流动状态以及外特性参数,并同模型试验值、理论分析结果进行对比验证.结果表明:分离涡模型的计算结果可以达到很好的精度,转轮流道内的流场与理论分析结果相吻合,外特性与试验值相吻合,仿真计算误差小于3％;随着流量不断减小,转轮进口流动分离现象逐渐增大,最终发展成旋涡对流道造成堵塞,堵塞还将引发转轮与双列叶栅之间的相互作用,导致整个流道流动不稳定性的产生.     

基于大涡模拟数值仿真的喷射泵喉

采用弱可压缩流体理论，大涡模拟数值方法，有限体积离散法，贴体坐标变换等理论和方法，研究了喷射泵内部流动状态。通过数值仿真，分别计算了具有不同喉管长度的喷射泵内部流场，并经过分析确定了喷射泵的最优喉管尺寸，计算数据和试验数据对比非常接近，证明了数值仿真结果是合理的、可信的。     

保水堰局部体型优化的数值模拟

保水堰作为南水北调中线工程天津干线的新型衔接性建筑物,其水力特性关系到整个输水工程的成败,但就原体型来看,保水堰在不同水位运行时呈现出的三种流态都存在不良流态。本文通过数值模拟的方法对保水堰局部体型进行了初步优化,使其体型更加符合水流运行条件,使保水堰的流态、管道流速分布都达到了一个比较协调的状态,并且增大了局部水头损失,对消能更有利。数值模拟的计算结果与模型试验基本吻合,体型优化结果可为实际工程的设计和运行提供参考。     

水泵水轮机在水轮机工况的导叶水力矩特性

在进行水泵水轮机最高水头的水轮机工况导叶水力矩试验的基础上,使用计算流体动力学方法分析与试验工况相对应的流场特性.选取标准k-ε两方程模型进行定常数值模拟,使用SST k-ω两方程模型进行非定常计算分析内流场特性.计算结果表明：水力效率的数值模拟结果和试验值的误差在允许范围之内;在各开度下,导叶水力矩因数模拟结果和试验结果吻合较好.通过内流场分析发现,在小开度时（A0=13mm）,无叶区和转轮流道中都存在回流和旋涡导致流动不稳定,在最大开度时（A0=49mm）,活动导叶背面靠近尾缘处容易出现边界层分离,力矩值与导叶附近的压力值随时间的变化规律相似,且力矩因数值呈周期性小幅波动.     

气液两相流工况下泵内气相特征数值计算

为研究叶片泵内气相的分布、运动规律,应用计算流体动力学方法对气液两相流工况下叶片泵内流场进行数值模拟,并通过试验进行验证.基于MUSIG模型对泵内气液两相流动进行了数值计算,同时采用Prince-Blanch模型和Luo-Svendson模型描述气泡聚并和破碎过程,揭示了压力分布、不同尺寸气泡分布和气泡平均直径分布.研...