曲线型三维异型掺气坎水力特性研究

基于矩形泄槽物理模型试验,研究了泄槽底部设置较为特殊的曲线型边界的三维凸型和凹型掺气坎的掺气水流特性,并将同种条件下传统直线型连续掺气坎的掺气水流特性与之做比较。结果表明:不同体型的掺气坎水力特性及流态有明显的差异。3种体型的掺气坎中,直线型坎掺气空腔长度最大,凸型和凹型掺气坎对增大掺气空腔长度不利;空腔回水深度随着单宽流量的增大而增大,凸型坎有利于减小掺气空腔回水,特别是在较大流量时效果更明显;3种掺气坎掺气空腔后近壁水流掺气浓度沿程均迅速衰减,泄槽底板和边墙的近壁水流掺气浓度分布有所不同,导致泄槽底板的掺气保护长度,直线型掺气坎的最大,凸型坎的次之,凹型坎的最短,但泄槽边墙的掺气保护长度则是凹型坎的最长。凹型掺气坎对保护边墙免遭空蚀破坏、增大边墙的保护范围更有利。研究成果可为应用异型掺气坎的采用提供更多的参考和实验依据。     

扭切式鼻坎出坎水舌空间形态分析

针对狭窄弯曲型河道,泄水建筑物末端布置传统的连续式挑流鼻坎,出挑水流直冲对岸,既威胁岸坡安全、水舌也难以平顺归河。通过RNG k-ε紊流模型和Tru-VOF法,对扭切式挑流鼻坎出坎水舌及空间形态进行三维数值模拟。研究表明,扭切式鼻坎的大角度挑射使出挑水舌竖向拉开明显,左侧边墙的偏转能够保证出坎水流发生横向翻卷,使水舌落点导向右侧河床,在有效适应下游河谷地形变化的同时,能够减轻对下游河道的冲刷并改善雾化现象。模拟成果还表明,扭切式鼻坎出口附近最小空穴数σ=0.60,空蚀破坏不易发生。      

泵站正向进水前池底坎整流机理数值模拟

为研究正向进水前池存在的不良流态,基于N-S方程和Realizable k-ε紊流模型,采用SIMPLE算法,数值模拟了正向进水前池中无任何措施和增设底坎整流措施的流态.CFD计算结果表明：原方案的前池两侧出现了大面积的回流区,泵站两侧机组进水条件差,水流偏斜较为明显;加底坎,且当底坎离进水池较远时,整流效果并不明显,前池内仍有大面积的回流产生,偏流依然严重;当底坎离进水池较近时,坎后旋涡直接影响到进水池的流态;通过CFD优化,底坎设在离进水池入口（7~10）D处,能明显改善前池的流态,水流能较均匀地流入各台机组;随着底坎坎高的增大,底层回流区会逐渐变小,较大回流区发生的位置也由坎后变为坎前,坎高的取值约为0.3H＇时,前池内流态较好;底坎的顶宽尺寸对前池流态的影响较小.CFD计算结果与试验结果基本吻合,研究成果对正向扩散前池流态改善有借鉴价值和实际意义.     

燕尾挑坎溢洪道三维数值模拟研究

采用标准的k~ε紊流模型与VOF方法,结合某水利工程实例,对其溢洪道整体水力特性进行了水气二相流三维模拟研究。计算得到水深、流速、压强沿程分布、空腔形态、空中水舌形态及水舌挑距等一系列水力要素计算值,模拟结果与模型试验结果吻合良好,分析了燕尾型挑坎的空中水舌形态,形成过程。研究结果表明采用三维数值模拟的方法研究接燕尾型挑坎的溢洪道水流是可行的,其结果能为类似工程起到一定的指导作用。     

窄缝式挑坎体型及动水压强特性分

通过窄缝式挑坎的体型布置、动水压强特性等资料的总结和分析研究，对窄缝式挑坎的体型布置和反弧收宿段动水压强的计算方法进行探讨，将反弧收缩段的窄缝式挑坎动水压强分为两部分：一为反弧段曲率边界引起的离心惯性力，二为窄缝挑坎水流横向收缩产生的附加动水压强。通过分析研究和水力模型试验，提出了窄缝式挑坎最大动水压强的估算式。研究成果可供工程设计参考。     

窄缝式消能工在重力拱坝坝面溢流中的应用

在陕西洋县卡房水利枢纽水工模型试验研究的基础上，首次将窄缝挑坎和扩散挑坎进行有机结合，运用在重力拱坝坝面溢流的泄洪消能上。充分利用了窄缝挑坎的高效消能和对水舌的灵活导向，拓展了窄缝挑坎在重力拱坝坝面溢流消能防冲方面的应用。     

那棱格勒泄洪洞挑坎水力特性试验研究

受下游出口横向宽度有限等因素的影响,泄洪洞扩散式挑坎存在水舌入水面积过大、冲刷下游边坡的现象。针对这一现象,基于那棱格勒水利枢纽工程整体水工模型试验,对比研究扩散式挑坎和等宽式挑坎两种挑坎方案内部流态、水面线、流速、时均压力、出口水舌形态和下游冲刷情况等相关水力学特性。研究结果表明:等宽式挑坎内部横向水面变幅较小,发生空化的可能性较低,水舌入水宽度较小,消能效果充分。在改善挑坎流态,减轻下游岸坡冲刷等方面起到重要作用,有效满足了当地实际地形对于入水水舌的要求和工程运行的需要。     

曲面贴角窄缝挑坎与直墙窄缝挑坎对比研究

曲面贴角窄缝挑坎是在直墙窄缝挑坎基础上发展而来的典型消能工,目前对曲面贴角窄缝挑坎水力特性的研究还较少。通过对比分析曲面贴角窄缝挑坎与直墙窄缝挑坎体型结构、消能机理、受力特征上的差异,并从水力模型实验方面予以验证,证实曲面贴角窄缝挑坎除具有传统窄缝挑坎的优点外,还具有边墙低、消能充分、稳定性及安全性好、水舌纵向横向较为分散、底槽水舌挑距稳定有利于跨岸、下游河道冲刷深度较浅等优点。     

水泵站前池三维流动计算和试验

为消除水泵站前池的水流在扩散过程中产生的回流、游涡，提出了在前池中设置多组底坎的措施。对设置底坎前后的复杂流动进行三维紊流数值模拟计算，并通过水力模型试验加以验证。计算结果和试验结果十分吻合，有效地消除了回流和旋涡，流态显著改善。     

基于流体体积模型的泵站前池流态及组合式整流方案

为了分析某大型泵站前池水流流态,基于计算流体动力学方法,采用流体体积(VOF)模型,建立了该泵站前池的三维计算模型,进行了网格无关性验证,模拟了设计工况下前池的水流流态,发现前池两侧存在回流现象.对产生该不良流态的原因进行了分析,在此基础上,分别计算了单独布置立柱、单独布置底坎和立柱底坎联合布置方案下的水流流态,比较了不同方案的优劣并找到了设置整流措施后水流流动的规律,结果表明立柱底坎组合布置方案的整流效果优于单一措施的,水流分布更均匀.同时,计算了立柱与底坎不同间距的组合式整流方案,对比分析了不同方案下的整流流态及流速分布均匀度.对于两侧存在大尺度回流的正向前池,在立柱与出水管距离的80%处布置底坎,可使前池流速分布较为均匀.研究结果可为类似前池设置水力优化措施提供参考.     

基于翻斗法的双辊打点式自记流量测定仪

为了加强无压、低水头、小流量水流的自动监测水平，根据容积法原理自行设计了一种双辊打点式自记流量测定仪，该测定仪构成主要包括翻斗式流量传感器、机械脉冲发生器和计数器3部分，其创新点在于。自行设计了一种双辊打点式自记装置，该装置在以机械钟为动力的前提下，能够较好的记录下流量传感器翻转过程中通过专用脉；中发生器——“凸轮盘 打点式记录笔”产生的机械脉；中信号，从而实现水流过程的自动监测。     

导流板安放角对喷水推进器倒车水斗性能影响

为了研究导流板安放角对喷水推进器倒车水斗性能的影响,基于ANSYS-CFX软件对不同导流板安放角(5°,10°,15°,20°,25°和30°)下倒车水斗进行数值计算,对比分析了导流板安放角对倒车水斗推力性能以及流道内流场分布情况的影响,得出了倒车水斗导流板安放角对喷水推进器倒车水斗性能的影响规律.结果表明:相较于无导流板,安装导流板后倒车水斗壁面压力分布得到很大程度改善,出口流速最大值增加.随着导流板安放角的增加,倒车水斗出口流速最大值呈现先增加后减小的趋势,而其流道各截面的压差呈现先增加后减小、然后再增加的变化趋势;导流板安放角为15°左右时,倒车水斗流道内流场分布较好,同时其推力相对较大,此时喷水推进器倒车水斗性能最佳.因此合适的导流板安放角可以有效避免倒车水斗流道内过高压区与过低压区的出现,并致流动分离现象的发生.     

仿生钢布兜式铲斗的研究

依据土壤动物体表几何形态、运动方式和分泌体表液等利于减粘降阻的基本原理，设计了一种仿生钢布兜式铲斗，它主要由钢布兜内衬和钢外壳组成。铲掘作业过程中内衬产生的蠕动、变形、撕剥、碰撞、摩擦及非光滑效尖模仿了土壤动物体表的变形、非光滑特性以及与土壤的接触界面状态，而使得仿生铲半比普通铲具胡显著的脱土降阻性能。     

一种可均匀供料的甘蔗种箱

目前国内甘蔗种植机普遍缺少供种装置，靠排种器在种箱内取种，易造成种块卡滞、断播等问题。为此，基于物料斗提式输送原理，设计了一种具有均匀供料功能的甘蔗种箱，通过斗提式升运装置和旋转式推料装置的配合，使甘蔗种块均匀顺序进入连接的排种器内，保证了单位时间内供种数量与排种数量的相对一致，且种块之间相对分散，实现了甘蔗的机械化精量播种。      

冲击式水轮机斗叶根部型线优化设计

应用UG软件完成转轮斗叶模型建立,采用CFD技术对多喷嘴冲击式水轮机内部流动进行数值模拟,并结合ANSYS软件对斗叶应力的分析结果,完成转轮斗叶及根部型线的优化,成功地解决了喷嘴数增加后,射流之间、转轮内部流动之间的流动干涉问题,保证了冲击式水轮机转轮的强度和水力性能,使设计的机组运行更加稳定,效率提高。     

泵站前池非连续挑流消能防沙技术措施

通过前池水力过流情况分析和改造前现场试验,发现前池流态紊乱导致了田山一级泵站机组的剧烈振动和颤振.提出了由非连续底坎、非连续挑流墩和两道压水板组成的非连续挑流消能防沙技术措施,并对改造后泵站的运行情况进行了现场试验.试验结果表明,采用技术措施改造后,前池、进水池流态和水泵进水条件得到了显著的改善,池中断面流速分布趋于均匀且断面紊动能量明显降低;测试机组单泵流量平均提高了0.14 m3/s,水泵效率平均提高了4.99%,泵站装置效率平均提高了3.88%;消除了泵体颤振,使水泵喇叭口振动标准由4.5级烈度降低到1.8级烈度;减缓了前池和进水池泥沙淤积,使试验前池和进水池清淤时间由改造前的运行800h延长至改造后的运行1 300 h,防沙效果良好.非连续挑流消能防沙措施为多泥沙河流泵站技术改造提供了一种简单有效的方法.     

基于ANSYS的西兰花收获悬挂斗设计

随着我国城镇化速度加快，农村劳动力的减少，而西兰花收获几乎完全依赖人力，亟需推进西兰花的自动化收获。国内对于西兰花收获的相关研究很少，其自动化收割尚处于理论试验阶段。该文利用CATIA软件建模，ANSYS-Workbench进行模态分析，设计西兰花收获的悬挂斗，可实现西兰花收获的半自动化，减轻劳动强度。该方法可将收获效率提高2.6倍，节约半数劳动力。