矩形薄壁侧堰水力特性试验研究

侧堰作为一种量水设施,精度较高、结构简单、安装和拆卸方便,较易在灌区应用和推广,有很大的研究价值。对不同宽度和高度的矩形侧堰在缓流条件下进行了试验,分析了各工况下矩形渠道侧堰上、下游水面线、能量分布、流量系数等水力因素。结果表明,主渠道侧堰段能量基本保持不变,符合De Marchi的恒定能量假定;主渠道靠近侧堰边壁、中心线以及另一边壁三处的水面波动程度不同,说明侧堰对堰前水流产生影响;基于De Marchi假定和无量纲分析原理得到的流量公式最大相对误差均在±10%以内,满足灌区量水精度要求。     

轴流泵装置反向发电的水力特性

为探究某泵站轴流泵装置反向发电的水力特性,对该轴流泵装置反向发电工况进行全流道数值模拟分析.结果表明：轴流泵装置在额定转速进行反向发电时,其最优工况相比于水泵模式,水头和流量分别提高43%和38%;随着转速增大,效率-流量曲线呈现向大流量方向偏移趋势,高效区范围逐渐增大;导叶进口、转轮进出口压力脉动呈周期性,转轮进出口压力脉动受转轮旋转影响更为显著;压力脉动系数幅值沿径向由轮毂至轮缘逐渐增大,转轮出口的压力脉动幅值最大,约为转轮进口的2倍;在频域方面,压力脉动主频为叶频,次频为2倍叶频,在转轮进出口主频所对应的压力脉动系数幅值沿径向由轮毂至轮缘逐渐增大;在小流量工况,随着轴流泵反向发电运行时的流量越小,出水流道流线越混乱且涡带越明显.研究结果可为泵站轴流泵装置反向发电提供一定的理论支撑和工程运行参考.     

平面S型轴伸泵装置变转速水力特性

为了研究水泵变速运行装置内部水力特性变化,采用CFX软件对平面S形轴伸泵装置进行全过流部件数值模拟计算,转速分别为1 050、1 250、1 450 r/min。结果表明,不同转速下装置叶轮进口流速均匀度变化很小,进水流道水力损失变化规律不变。3种转速下出水流道小流量工况水流旋转运动强烈,设计工况流线较平顺,大流量工况水流贴壁运动明显。水泵转速增加后,出水流道水力损失最小值增大,对应的流量也加大。3种转速下,出水流道水力损失与装置扬程之比δ均在泵装置最优工况最小,且均为0.055左右,相差不大。通过断面涡量云图比较,变转速对导叶出口断面涡量影响很大,对应该断面涡量某一数值时,水力损失有最小值。泵装置变转速等效率曲线近似为抛物线,装置外特性基本符合比例律的关系。     

U型渠道板柱复合式流量量测装置水力特性数值模拟

为了发展节水农业、促进灌区高效用水、合理分配水资源,研发了一种携带方便、计量准确、可移动的U型渠道流量量测装置--板柱复合式流量量测装置.基于Flow-3D软件,采用RNG k-ε湍流模型,对板柱复合式流量量测装置水力特性进行了数值计算,并对模拟结果进行试验验证.结果表明:模拟得到的渠道水流横向流速、垂向流速及量测装置旋转角度与流量之间的关系与试验结果一致,且最大相对误差不超过5.4%;渠道自由液面横向流速从中心到近壁面呈现先增大后减小的变化趋势;渠道上游中心断面垂向流速从底部到自由液面呈现增大的变化趋势,而下游中心断面垂向流速却呈现先增大后减小的变化趋势,最大垂向流速位于自由液面以下某一位置;板柱复合式流量量测装置对渠道内水流最大影响范围是距量测装置上游0.35 m到其下游0.94 m之间的流场区域.     

扭矩式明渠测流方法的研究

针对北方灌区斗、农渠数量多、底坡缓且灌溉水流泥沙多的现状,提出了一种扭矩式明渠测流方法。为了探索在矩形明渠水流冲击作用下测流圆杆对固定点的扭矩、水深与流量之间的理论关系,应用圆柱绕流原理对圆杆测流模型进行理论分析,并结合流速面积法,得出扭矩、水深与流量之间的半经验关系式,并在室内矩形明渠中进行标定。试验结果表明,扭矩式明渠测流方法具有较高的测流精度,计算流量与实测流量之间平均相对误差为1.212%,最大相对误差为3.18%,相对误差均小于5%,满足灌区量水要求。该测流方法水头损失小、成本低廉,测流精度较高,为灌区量水提供一种新的测流方法。     

浮筒式升降闸门水力性能数值模拟

为了探讨浮筒式升降闸门量水机理,理论分析了浮筒式升降闸门水力特性及流量计算表达式。实测流量与计算流量对比表明,浮筒式升降闸门流量公式测流精度较高且形式简单,适合末级渠道的量水。同时,采用数值分析对不同流量、不同闸门开度条件下的过闸水流流场进行模拟,讨论浮筒式升降闸门测流过程中渠道内的水面线情况、各控制断面的流速分布、闸前弗劳德数Fr以及闸门测流精度。结果表明:模拟流量、水深与实测流量、水深吻合较好;试验及数值模拟得到的闸门前弗劳德数Fr均小于0.5,满足测流要求。     

矩形无喉段量水槽水力特性数值模拟研究

利用Fluent软件,采用VOF法和κ-ε紊流模型对矩形无吼段量水槽水力特征进行三维数值模拟,得到沿程水面线及其流速分布规律,并将模拟结果与实测结果以及公式计算结果进行对比验证,结果显示,模拟结果与二者的吻合度较好.在确定模拟准确性的前提下,对其水力特性进行分析,为矩形无喉段量水槽的设计和优化提供一定依据.     

弯管内三维流场水力特性数值模拟

为研究弯管三维流场的流态、压强分布及局部水流空化等水力特性,采用Realizable k–ε紊流模型对弯管流场进行三维数值模拟,研究分析雷诺数、渐变段形状、曲率半径比及转角对弯管流场的影响.结果表明:随着雷诺数增大,弯管内侧压强逐渐减小,甚至出现负压,此时水流易产生空化现象;在雷诺数相同的情况下,弯管入口上游设置渐变段...     

矩形渠道分水口水力性能试验研究

为了研究矩形渠道含堰坎分水口水力性能,对不同渠宽比下的分水口进行了试验研究,试验选取了5种流量,每个来流量下通过调节下游水深获得不同分流比,总共75组试验,测量了分水口附近的水深等水力因素,获得了分水口附近的水面变化曲线,分析了影响分流比的因素,根据堰流公式,拟合了各渠宽比下流量系数与相对堰上水头之间的关系式.结果表明:分水口处的水面变化在不同流量下变化规律大致相同,随距分水口距离的不同,水面变化也不同;同一渠宽比、流量下,分流比与相对堰上水头呈线性关系,随相对堰上水头的增加而增加,随主渠道上下游傅汝德数的增加而减小;拟合得到的流量系数计算公式精度较高,相关系数大于0.9,满足测流精度要求.该研究对分水口处水力性能进行了初步的研究,以期为灌区量水提供参考依据.     

微型旋涡泵水力特性与轴向力计算

对新结构闭式叶轮旋涡泵进行数值模拟,采用RANS湍流模型求解三维不可压缩问题,计算了旋涡泵的水力特性,分析了旋涡泵工作时叶轮与泵壳间隙处油膜对叶轮的轴向承载机理,并进一步讨论了叶轮两侧的楔形槽对油膜承载能力的影响.结果表明：旋涡泵的水力特性与试验数据趋势吻合,数值相近,验证了仿真计算的可靠性.轴向力分析显示,旋涡泵工作时浮动叶轮的轴向支撑由在叶轮两侧形成的油膜实现,油膜因厚度不同,造成径向的压力降不同,油膜较薄则泄压慢,油膜较厚则压力更均匀,叶轮上下表面受力不等而产生支撑力,而楔形结构能够产生附加的支撑力,强化了支撑效果.研究结果对旋涡泵的设计和研究提供参考依据.     

流道结构对非旋转折射式喷头水力性能影响的试验研究

以非旋转折射式喷头为研究对象,设计散水盘的流道长度、流道个数和流道出口形状,通过正交试验测试了单喷头水量分布,采用线性插值法计算射程,通过直接叠加法得到组合水量分布,计算了2.5m喷头间距下的组合均匀性系数,并运用极差分析法研究了流道结构参数对喷头水力性能的影响。结果表明:不同流道长度、流道个数和流道出口形状非旋转折射式喷头的单喷头水量分布呈波浪形上下浮动,但波动的幅度有差异。流道结构参数对射程影响的主次顺序为流道长度、流道个数、流道出口形状,对喷灌强度峰值影响的主次顺序为流道个数、流道长度、流道出口形状,对组合喷洒均匀性系数影响的主次顺序为流道个数、流道长度、流道出口形状。     

新型梯形量水堰水力特性试验及数值模拟

梯形量水堰因结构简单、测流精度较高而广泛应用在灌区末端渠道上,但现有灌区梯形量水堰存在的测流范围小、泥沙易在堰前淤积问题,严重制约着其应用推广,据此提出以改进堰为基础的堰孔组合的新型梯形量水堰.采用量纲一化分析法确定流量公式,并以水工模型试验结果为基础,率定数值模拟模型参数,利用Fluent软件计算获得4种新型梯形量水堰不同流量条件下的水深、堰流流量值、流速分布及速度矢量图,最后通过试验数据拟合出测流公式.结果表明：不同孔口高度的新型梯形量水堰孔口出流对堰上出流的影响随着堰前总水头的增大而逐渐减小;拟合的流量公式简明易用且通用性较高,平均相对误差为2.63%;将模拟结果与试验值做对比分析,二者吻合度较高,平均相对误差为2.53%,说明模拟结果具有一定的可靠性,可为堰孔组合式量水设施的工程设计提供参考依据.     

地埋式内镶贴片滴灌灌水器水力性能模拟研究

[目的]探究地埋式内镶贴片滴灌灌水器的水力性能。[方法]对具有M型双肩过滤出口的地埋式内镶贴片滴灌灌水器进行了不同工作压力条件下的流量测试试验,并采用RNGk-ε湍流模型分别对平面简化流道、实际微弯流道、实际微弯流道+进口、实际微弯流道+M型双肩过滤出口以及实际微弯流道+上述进出口的5种情况进行了相应工作压力下的三维数值模拟。[结果]三维全流道数值模拟流量与实测流量相近,其最大误差为8.87%。无控制的出口结构,水流在出水孔中心处形成旋涡,采用M型双肩过滤机构的出口会在主流两侧产生2个旋流,出水孔中心处无旋涡。[结论]地埋式内镶贴片滴灌灌水器流道模型的微弯对贴片灌水器水力性能有一定的影响。滴灌灌水器采用M型双肩过滤机构的出口有利出流且提高了抗堵塞性能。     

离心泵小流量工况下的内部流动特性

为研究离心泵在小流量工况运行下性能及其内部流动特性,以型号为IS160-50-65的离心泵为研究对象,采用商用化软件Ansys CFX 12.0对模型离心泵的叶轮进口、叶轮流道以及蜗壳流道组成的全流场进行定常数值计算.同时,为了提高数值计算的准确性,考虑采用3种不同的网格数对模型离心泵的扬程进行网格无关性分析.且从离心泵的外特性及其内部流场分析了不同小流量工况下离心泵性能的变化规律.研究结果表明:与试验结果相比,设计工况下,扬程预测偏差为1.47%,效率预测偏差为3.61%;且随着流量降低,计算扬程的偏差值呈一定的下降趋势,计算效率的偏差值逐渐增大.另外,在设计工况下,离心泵的内部流动比较均匀;而在小流量工况下,离心泵进口管道及叶轮流道均出现回流现象,而回流引起的旋涡流有时甚至会堵塞叶轮流道;在极小流量Q/Q_d=0.2时,回流区域已延伸至全部的进水管路中.     

直流式迷宫调节阀流道降压流动特性及临界空化预测

针对高降压、高速流的直流式迷宫压力调节阀阀芯内部流道空化损伤失效现象,基于临界空化压力预测方法进行流体力学计算,结合Mixture多相流中的Schnerr-Sauer空化模型和Realizable k-ε湍流模型,数值模拟了偶数级数2N(N=1,2,3,4)流道在不同出口压力(0.1~0.8 MPa)下的临界空化进口压力,并分析了八级流道的压力、速度、相分率等参数的变化规律.研究结果表明:除进口级数外,流体经过垂直于进口流动方向的级数后才会产生旋涡,旋涡的产生会导致能量耗散和降压;在出口近壁面处,旋涡形成的低压区低于流体的饱和蒸气压,发生了局部空化;相同流道级数递增出口压力下的临界空化压差呈现线性函数增长趋势;相同出口压力递增流道级数下的临界空化压差呈现指数函数增长趋势.因此,可根据涡流能量耗散降压原理及临界空化线性、指数趋势线方程在改进优化迷宫流道结构设计促进涡流产生的同时选择合适的工况压力和流道级数来避免空化.     

基于CFD的斜三通管水力特性分析及流场计算

为探究不同出口夹角下的斜直三通管水力特性,揭示水流所受重力作用下不同入口雷诺数、斜直三通管主管与支管间夹角、局部水头损失系数三者之间相关关系,阐明斜直三通管内部流场分布情况.采用Solidworks 2016对不同夹角斜三通管建立物理模型,利用Ansys 18.0软件进行网格划分与数值计算,运用Tecplot软件进行后处理.结果表明:ζ₁₃,ζ₁₂均随着雷诺数的增加呈现降低趋势,且在雷诺数大于127 616之后呈现缓慢降低趋势;ζ₁₃随着三通管夹角的增加呈现增大趋势,ζ₁₂随着三通管夹角的增大呈现降低趋势;在相同雷诺数下,压力云图在夹角小于90°时分布较为均匀,夹角大于90°时开始出现低压区;速度云图和流线图均随着夹角的增大呈现紊乱和不规则分布;湍流强度随着夹角的增大呈现增大趋势.在实际生产应用中应尽量减少三通管夹角的大小以减少能量损失,提高过流能力.