椭圆截面形状大回转消防水炮炮管内流数值模拟

以大回转型大流量消防水炮炮管为研究对象,对3种流量工况下圆截面和不同离心率椭圆截面消防水炮炮管内三维定常流动进行数值计算,分析不同截面炮管内流体水力损失和出口流态,得到截面变化对消防水炮炮管内部流动的影响规律,结果表明:在3种流量工况下,圆截面炮管与非圆截面炮管水力损失Δp差异较小,变化范围在2.7%以内;出口湍动能随着炮管截面的椭圆离心率增大而增大,从云图分布中可看出峰值且逐渐偏离管道的中心轴线;出口涡通量J随着椭圆离心率的增大而减小,可达到小于圆截面J值的情况,说明压扁管道可减小出口截面上旋涡强度;竖向椭圆截面炮管平均出口速度偏差■小于圆截面炮管出口值,且随椭圆离心率的增大而减小,表明竖向压扁管道带来更好的速度均匀分布．相同离心率的竖向椭圆截面炮管比横向的椭圆截面炮管的平均出口速度偏差值低21%,竖向压扁的方式优于横向压扁方式．大回转水炮炮管数值模拟对比后的结果表明,改变流道截面将改善出口流态．     

远射程消防水炮流道内3种稳流器的对比

设计了截面积近似相等的3种稳流器,以各稳流器体积相同和表面积相同这2种方案,开展了水炮设计流量为1 500 m³/h下的内部流动数值模拟.结果表明:加装稳流器对流动状态改善效果明显,出口轴线上速度的增加均大于无稳流器的情况;水炮加装3种稳流器后产生的总流动损失均在0.1~0.13 MPa,稳流器区域产生的流动损失约占总损失的55%;弹尾形(Ⅲ型)紊流器总流动损失最小,但整流效果不如截面为双层圆管形(Ⅰ型)的稳流器以及截面为多个矩形(Ⅱ型)的稳流器.弹尾形稳流器进口结构形式较优,产生的动水压损失小;稳流器的表面积对整流效果的影响大于稳流器体积的影响;水炮出口平均湍动能k值在无紊流器情况下最大;稳流器存在合适的长度值,达到该值后安装位置对稳流效果影响较小.     

基于RBF模型的消防水炮炮头多目标优化

为了提高消防水炮的射程,以PSKDY40型消防水炮为原型,对炮头流道结构进行多目标优化.以炮头的喉管通径、喉管长度和喉部收缩角为变量,以最小化出口湍流动能和最大化出口平均速度为目标,使用拉丁超立方设计方法进行试验设计并结合数值模拟生成RBF近似模型.利用NSGA-Ⅱ算法对炮头流道结构进行多目标优化并得到了Pareto最优解集.分析结果表明:RBF模型具有较高的拟合精度,可以提高炮头流道的优化效率;选取的3个变量中喉管通径对炮头的喷射性能影响最大;优化之后的出口湍流动能和出口速度这2个目标均优于原始模型.     

渠底螺旋流形成及其流速结构的分析研究

渠底涡管螺旋流排沙是利用涡管内产生的螺旋流排除渠道中来沙的一种泥沙处理技术.渠底涡管排沙的机理是水沙的惯性作用和边界条件相结合的产物.在涡管内水流沿管方向运动,同时受到渠道水流纵向流速的影响,在涡管内形成既有纵向流速又有横向流速的水流运动,从而形成螺旋流.为对渠底螺旋流形成及流速结构有一个比较深入的认识,首先分析了影响渠底螺旋流形成的关键因素,并通过已有的试验资料对渠底涡管内螺旋流横向流速分布进行分析计算,然后讨论了不同流量不同底坡对流速分布的影响,得出了关于渠底螺旋流的规律性结论.     

二次气液二相流超低量喷雾器的特性试验研究

基于气力雾化与风送施药技术,并结合背负式电动喷雾器,研发了一种二次气液二相流超低量喷雾器.将该机具与传统的担架式机动喷雾机在种植网纹瓜的设施大棚内进行田间喷雾试验对比,结果显示:经试验测算,二次气液二相流超低量喷雾器单位面积施药量最大为20L/hm2,仅为担架式机动喷雾机的26.7％;雾滴在作物叶片正反两面上均有明显沉...     

立式轴流泵装置进水流道出口流态与脉动试验分析

进水流道出口流态是影响立式轴流泵装置运行稳定性的关键因素之一,基于立式轴流泵装置整体物理模型,采用在肘形进水流道出口段壁面布置丝状红线和压力脉动传感器,研究分析了不同转速时立式轴流泵装置肘形进水流道出口段的流态及压力脉动变化规律。结果表明,当流量小于0.7Qbep时肘形进水流道出口段内壁面的丝线偏移方向与叶轮旋转方向相同,各测点的脉动幅值均随转速的增加而增加;当流量大于0.7Qbep时肘形进水流道出口段内壁面的丝线偏移方向与泵轴方向相同,各测点的脉动幅值随转速的增加而减小。相同转速时,各测点的脉动幅值随流量的增大先减小后增大,在最优工况时脉动幅值最小。不同转速下,流道出口各测点的脉动主频均为4倍转频,最优工况时各测点的脉动次主频均为1倍转频。随转速增加,肘形进水流道出口段各测点主频幅值的增幅存在差异性,小流量工况时各测点的脉动主频幅值增幅小于最优工况和大流量工况。     

整流栅对管内流体流态影响的模拟研究

整流技术对泵站机组安全、稳定、高效运行起到了关键作用,因此研究整流技术是大时代背景下的必然趋势.本文运用Ansys-Fluent软件进行流场分析,模拟了弯头出口管段加装不同结构的整流栅对流体流态的影响.通过分析流线图得出如下结论:流体流经弯管后流态很不稳定,当通过整流栅后,流线分布明显均匀规律,且双层交错结构整流栅的整...     

涡漩对迷宫流道灌水器水流流态的数值影响分析

为分析涡漩对迷宫流道灌水器内部水流流态的影响.借助Fluent软件对矩形、齿形、三角形、梯形4种形式灌水器流道内部水流流场进行模拟,并最大限度地保留流道内主流区的流线边界,确定出4种圆弧形抗堵性能良好的无涡流道结构模型.对上述无涡流道及相应的有涡流道模型进行速度场以及压力场的研究分析.结果表明,无涡迷宫流道内水流流态介...     

基于CFD的90°弯管水头损失计算的参数敏感性分析

计算流体动力学在水利行业中得到了广泛的应用。【目的】从众多不确定因素中找出对CFD建模有重要影响的敏感性因素,并分析其对计算结果的影响程度,优化90°弯管的CFD建模方案。【方法】采用单因素分析方法,分析了网格尺寸、湍流模型、水体密度、运动黏滞系数、当量粗糙高度等参数对计算结果的影响。【结果】RNG k-ε湍流模型计算结果与经验系数计算结果相对误差在±5%以内,能有效模拟弯管湍流流态;该湍流模型无需较小的网格尺寸,能够利用较小的计算资源得到精度较高的计算结果;当水体温度高于15℃时,三维流场计算软件能够对水体密度和运动黏滞系数进行修正,使计算结果精度更高;模拟水力光滑管道时,水体密度和运动黏滞系数对计算结果影响较小。【结论】工程算例模拟计算中,应当充分考虑模拟对象的体型和材料特点以及水体温度等因素,选取适当的参数值,能有效地降低计算成本,提高计算精度。     

基于CFD的空间导叶出口边线性控制及内流分析

为提高多级潜水电泵的水力性能,采用试验验证和数值模拟相结合的方法,对Q80-20型多级潜水电泵的空间导叶展向各流面包角的变化规律用线性方程量化,探究方程斜率变化对导叶内部角区分离流的影响以及与导叶性能的映射响应关系.采用CFX17.1对2级模型进行全流场数值模拟,结果表明,线性方程斜率为负时,导叶的水力性能优于正斜率时.在负斜率基础上采取2种方案优化,结果表明,调整轮缘包角并增大包角差时,轮毂中部横向二次流被削弱,轮毂到轮缘的展向二次流增强,抑制了角区低能流体堆积,导叶性能随斜率的减小而单向升高.调整轮毂包角并增大包角差时,同样可增强中部轮毂到轮缘的展向二次流,但进口加剧的展向冲刷增大了能量损失,导致导叶的水力性能先增大后减小,存在最佳斜率.研究成果为后续研究空间导叶出口边型线对多级潜水电泵水力性能的影响提供研究基础和科学支撑.     

泵站出水流道的优化试验

为了对箱涵式出水流道的水力特性有更深入的认识,对在建工程伯渎港泵站出水流道进行了较为全面的试验研究。从改善流道流态,降低水力损失的角度出发,采用模型试验和数值计算相结合的方法,对出水流道的喇叭口到流道顶的悬空高、后壁型线和后壁距等主要特征参数进行了多组试验。试验结果验证了出水流道设计的合理性;并发现出水流道悬空高过大或过小均不合适,后壁型线以采用对称蜗壳型式为好,后壁距适当减小是可行的;同时还发现了流道中旋涡产生的位置,分析了产生这些现象的原因。由于采用了两种方法进行对比试验,所以保证了结果的可信性。     

大型泵站出水流道三维流动及水力损失数值计算

根据研究低扬程泵站水泵装置的方法可以多样化的观念,提出了将出水流道从水泵装置中分离出来,进行出水流道内部流态数值模拟和水力损失计算的方法．介绍了低扬程大型泵站出水流道三维流场及水力损失数值计算的计算区域、边界条件及网格剖分等有关问题;给出了虹吸式和直管式等两种形式出水流道三维流场和水力损失数值计算的实例,并与流道模型试验的流场观察及水力损失测试结果进行了比较．结果表明：两种形式出水流道内部三维流动以及水力损失数值计算的结果,与流道模型试验的结果一致．     

流道结构对低压旋转式喷头水力性能影响试验研究

以低压旋转式喷头为研究对象,选择喷盘空间流道的结构参数:出口截面形状、流道偏转角、流道型线弧长、出口仰角作为试验因素,采用L34(9)的正交设计,测量了工作压力为250 kPa时,不同因素水平下各试验喷头的水量分布和流量,并利用线性插值法计算了单喷头的射程,选用Matlab软件模拟了正方形布置下喷头的组合均匀系数,分析...     

有压平直管道内交汇柱系下游流场特性分析

为研究管道车作为一种交汇圆柱系式的钝体结构在有压管道流场绕流时,在柱系下游产生的流动分离和尾迹涡现象,运用理论分析与数值模拟相结合的方法,对柱系下游的流场特性进行了研究.数值模拟采用了LES-WALE湍流模型,其结果与物理试验结果比较证明了数值模拟的可行性.对数值模拟结果进行理论分析:首先,由于流动分离柱系后流场中速度分布整体上分为低速流区与高速流区2部分,低速流区主要分布在断面中心位置,高速流区分布在断面外围,呈近似环状分布;其次,流场沿程速度幅值方面,从交汇柱系下游近端断面到远端断面,其中部分低速流区域的整体速度幅值愈高,周围高速流区的速度幅值愈低,并且两区域流场随距交汇柱系距离的增加呈现趋同变化;最后,关于流场的压强特性方面,沿程压强整体呈下降趋势,断面Z6仅与同流量时管道流场断面平均压强相差3.4%.     

细沟水流动力学特性分析

采用室内放水冲刷试验,在不同坡度黄土坡面形成细沟,测定细沟不同位置断面水流流速及横断面形态,分析坡面细沟水流动力学特性变化规律。结果表明,随细沟侵蚀的延续,坡面细沟水流流速降低;流速随坡长的延长、坡度的增大而增大,弗汝德数随坡长的延长而减小,雷诺数和Darcy-Weisbach阻力系数随坡长的延长而增大;流速、弗汝德数、雷诺数和Darcy-Weisbach阻力系数均随坡度的增大而增大。     

叶轮倾斜出口对长轴消防泵内流特性的影响

以XB4.3/240-300LC型立式长轴消防泵为研究对象,在保证叶片包角、进出口安放角、叶轮出口宽度、叶轮出口中间位置到叶轮进口轴向距离以及到旋转轴的径向距离、出口过流断面面积、叶片进口边与前盖板流线交点的径向坐标值均不变的条件下,通过改变叶轮出口倾斜角度设计多种叶轮方案,采用SST湍流模型,对不同方案进行数值模拟和内部流场分析,以寻求泵水力性能最优的叶轮出口倾斜角度.研究结果表明:改变叶轮出口倾斜角度,泵扬程和效率在小流量工况下提升幅度较小,而在大流量工况下,提升幅度相对较大;当叶轮倾斜角度为15°时,泵扬程和效率出现峰值,继续增大倾斜角度,两者反而下降,则倾斜角度为15°视为最优叶轮出口倾斜角度,此时泵扬程和效率相对原始方案分别提高5.95%和1.19%;叶轮出口处绝对速度圆周分量和径向分量在大流量工况下分布有较好的一致性,叶轮出口倾斜角度对其影响较小,而在小流量工况下,各方案的绝对速度分量在流道内分布规律较差;叶轮倾斜出口对环形空间及空间导叶内部湍动能分布有较大影响.     

水电站沉沙池沉沙工况水力特性研究

结合国外某水电站工程,通过物理模型对水电站引水沉沙池的水力学特性进行试验研究,通过试验资料深入分析了沉沙池内水流的流态特征,流速分布等水力特性,并通过在沉沙池工作段首部加设整流栅,对入池水流进行调节,使沉沙池内水流流场分布均匀,使调节后的流场分布更利于泥沙的沉降,研究成果为工程设计提供了重要的技术支撑。     

水力旋流器流场大涡模拟及其结构改进

为研究水力旋流器内部流动现象,采用大涡模拟(LES)方法对其内部流动进行了数值模拟,分析了流场内轴向零速包络面、溢流口周围循环流和短路流,以及最大切线速度轨迹面等流动现象或结构特点.结合水力旋流器设计方法与流体力学理论,提出了水力旋流器几何结构的修改方案.将改进后结构的模拟结果与原结构结果进行对比,结果表明:增大溢流管壁厚,有效地避免了溢流管周围循环流的产生;增大溢流管的插入深度,对减少短路流效果不明显;适当增大水力旋流器柱筒壁的长度,调整锥角角度,可进一步改善零速包络面以及最大切线速度轨迹面的结构,使得内流场更加稳定.改进后的方案使水力旋流器内流场分布更加合理,有助于提高分离性能.     

U形渠道断面流速分布规律的初步研究

通过对U形渠道断面流速分布进行理论分析和试验研究,发现断面内最大流速发生在水面以下,综合国内外学者使用不同的流速仪对矩形明渠和复式断面明渠的试验资料,得出最大流速发生在水面以下是由于二次流的存在引起的。分析水槽实测流速,发现由于最大流速发生在水面以下,使得中垂线流速分布与对数律流速分布形式和抛物线形式拟合曲线都有一定的偏差。     

叶轮外径对混流泵作透平性能的影响

为了研究混流泵作透平工况下,叶轮外径对性能的影响,以混流泵为模型,通过试验验证了CFD方法的有效性.基于BladeGen设计了160,170,180 mm这3种叶轮外径的混流泵水力模型, 并通过数值分析研究了3种叶轮外径下,混流泵作透平工况下的外特性,水力损失分布及内部流场分布.结果表明:随着叶轮外径的不断增大,混流泵作透平的高效点逐渐向大流量区域移动,高效点的扬程、轴功率及效率都随之增加;大流量区域内,扬程迅速降低,轴功率下降变缓,效率有所上升;总水力损失与叶轮部分的水力损失显著减少;蜗壳部分的水力损失变化不明显;叶轮入口处的旋涡区域逐渐减小,蜗壳出口与叶轮入口之间存在的间隙流体逐渐减小,从而引起该部分水力损失逐渐减小;压力分布更加均匀.