近壁射流在倾斜顶板上扩散特征的实验研究

在顶板导流设计的通风系统中,不同倾斜角度的顶板通过改变射流气流冲击后流体的扩散特征,从而决定通风系统的设计,因此研究不同倾斜顶板中冲击射流流速的变化规律是设计通风系统中一项重要。基于附壁射流和冲击射流理论与试验,对近壁面射流气流在不同倾角顶板结构中的扩散规律进行研究。结果表明:近壁面圆形孔射流扩散过程的过程中,随着顶板倾角的增加,使射流轴线流速降低、射流流速半宽增加。顶棚射流中轴线流速的分布与扩散距离成反比,倾角从0～90°时,无量纲比例系数会从8.07降低到4.95。同时,沿顶板水平方向轴向速度的分布符合高斯分布模型,高斯模型参数K随倾角从0～90°增大而从0.91降低到0.30。     

多孔淹没紊动射流三维流场模拟及消能分析

采用RNGk-ε紊流模型,结合万家寨引黄入晋工程第1区段压力管道出口多喷孔淹没射流消能,进行了三维数值模拟研究,对不同喷孔个数时流场的时均特性和紊动特性进行了比较,分析讨论了多孔淹没射流进入消力池后的水流运动规律与消能机理。结果表明,射流动量的分散程度是决定消能效果的关键,在保持孔口总面积不变的条件下,随着喷孔数的增加,消能效果显著提高,但当喷孔数增加到60个时,其变化显著减缓。多喷孔射流进入消能水体后,射流水股与周围水体接触面积极大增加,在距离喷孔出口0.41 m左右时射流能量迅速衰减,加之各水股间的相互卷吸、掺混,形成了多个强剪切消能区,消能率较高。同时,由于各漩滚的相互作用,可有效地减小其对消力池固壁的冲刷。     

粉煤灰改良Q3黄土填料变形特性试验研究

为研究粉煤灰改良Q3黄土填料变形特性的效果,进行了不同粉煤灰掺量和养护龄期条件下改良Q3黄土填料的室内压缩与湿陷变形试验。试验结果表明:适量添加粉煤灰能够很好的改良Q3黄土填料的变形特性;粉煤灰改良Q3黄土填料的压缩系数随着粉煤灰掺量和养护龄期的增加而逐渐减小;粉煤灰掺量小于15%时,湿陷系数随着粉煤灰掺量的增加而减小;粉煤灰掺量大于15%时,湿陷系数随着粉煤灰掺量的增加而增加;15%粉煤灰掺量改良Q3黄土填料的湿陷系数随着养护龄期的延长而逐渐减小。试验条件下,粉煤灰改良Q3黄土填料的最优掺量为15%。     

试析水泵转速变化对进出水流道水利损失影响

水泵转速变化后,出水流道的内部水速流动是不同的,相同的水流量下水力的损失也是不同的。而现在的水泵品种繁多,结构也不同,按照结构一般分为叶片泵、容积式泵为2种主要的,还有一些特殊的,如在灌排泵站中有射流泵、水锤泵、气升泵、螺旋泵、内燃泵、潜水泵、长轴井泵等,这里主要以两种常用的水泵为例来探究水泵转速变化对进出水道水力损失的影响。对进出水流道水力损失的研究进行充分的分析和比较,可以通过相应的方法来对水泵内部流动方面的数值进行分析,这种方法可以在很大程度上分析出水泵在转速方面对于进出水道水力的损失有哪些影响。     

龙滩水电站低坎溢洪道掺气设施试验研究

龙滩水电站溢洪道的大单宽流量及高水头特性决定了掺气设施设置的复杂性,过高的掺气坎可能使得挑射水流高程较高,增加导墙的高度,进而增加工程造价;而过低的掺气设施可能使得掺气不充分,进而产生负压,影响掺气设施的安全性。文章通过多个试验方案选定能前、后期结合的龙滩水电站溢洪道(低坎)前期人工掺气系统的形式和几何尺寸,并论证了该系统的减(免)蚀效果。可为类似工程设计提供参考。     

反拱水垫塘淹没冲击射流水力特性研究

【目的】系统研究高坝坝身泄洪水舌在空中的运动规律,以及下游反拱水垫塘流场内的流速分布、紊流结构及底板压强分布。【方法】以溪洛渡水电站工程为例,建立高拱坝及其下游水垫塘物理和数学模型,对工况1(坝身7表孔单独泄洪)和工况2(7表孔与8深孔联合泄洪)条件下反拱水垫塘内形成的淹没冲击射流的水力特性进行研究。【结果】工况1条件下,7表孔单独泄洪时的泄洪水舌不发生碰撞而分别交错射入水垫塘;工况2条件下,7表孔与8深孔联合泄洪时的泄洪水舌在空中发生碰撞后均匀落入水垫塘。2种工况下,反拱水垫塘内形成具有横向和纵向漩涡的淹没冲击射流为复杂的三维流动,塘内临底流速大小相当,最大时均临底流速约为24m/s;水垫塘底板压强在冲击区存在峰值区,且工况1较工况2小,沿纵向分别约为70和90m范围,但工况1最大底板时均压强较工况2大,分别为1 670和960kPa,前者约为后者的1.74倍。【结论】高坝坝身表孔、深孔联合泄洪较表孔单独泄洪具有更大的泄洪能力,在临底流速大小相当的情况下可明显降低底板压强,具有更好的安全性能。     

溶解性物质对粘性泥沙挟沙水流运动规律影响的试验研究

本文以Ca2+为溶解性物质的特征离子,采用玻璃水槽实验研究了在不同流量和含沙量条件下,Ca2+浓度对粘性泥沙挟沙水流中泥沙浓度和流速沿垂线分布规律的影响。结果表明:含沙量相对较低时,在流量和含沙量相同的条件下,不同Ca2+浓度下泥沙浓度垂线分布曲线之间、流速垂线分布曲线之间无明显差异;含沙量和流量相对较大时,不同Ca2+浓度下泥沙浓度垂线分布曲线之间、流速垂线分布曲线之间亦无明显差异;含沙量相对较大且流量相对较小时,泥沙浓度和流速的垂线分布呈现出分层现象,不同Ca2+浓度下泥沙浓度垂线分布曲线之间、流速垂线分布曲线之间发生分离,此时,随着Ca2+浓度的增加,近水面区泥沙浓度和流速减小,而近床面区泥沙浓度和流速增加,流速最大值的位置下移向床面靠近,泥沙浓度和流速垂线分布的分层趋势增强。     

垂直下降管内油气水三相流的摩擦压降研究

对垂直下降钢管内油气水三相流动的摩擦压降受折算液速、折算气速和油水混合物中含水率的影响进行了试验研究。由于气速的改变，三相流动出现了不同的流型，使得流动的摩擦压降变化也表现出不同的变化趋势，特别是在未充分发展的环状流区域，由于液膜被气芯撕裂并携带液相，因此导致摩擦压降随着气速的增加反而降低。当含水率在18％－50％以内时，随着含水率的增加，液相粘度的减小，摩擦压降减小，当大于50％时，随着含水率的增加，混合物的密度增加，摩擦压降增加。     

含沙量变化对U型渠道垂线流速分布的影响

【目的】探索含沙量变化对U型渠道挟沙水流垂线流速分布的影响,进而从理论上完善挟沙水流流速分布规律。【方法】通过U型渠道水槽试验,测定水流中含沙量为1.12～500kg/m3时,最大流速所在位置的变化,同时引入卡门常数κ,来反映含沙量对垂线流速分布的影响。【结果】当水流含沙量s<300kg/m3时,随着含沙量的增加,最大流速点的位置逐渐下降,在主流区、底流区和表面区,挟沙水流均遵循对数流速分布规律,但κ的变化规律不同;当含沙量s≥300kg/m3时,水流的流型发生了变化,表面区、主流区水流不再遵循对数流速分布规律,底流区虽仍遵循对数流速分布规律,但κ的变化规律与s<300kg/m3时不同,κ的变化趋势总体随着含沙量的增大而减小。【结论】U型渠道挟沙水流遵循对数流速分布规律,κ的变化规律与普通明渠不同,应该分别对待。     

基于水流扰动参数的复杂河湖系统藻类数值模拟

为研究水流扰动对藻类生长的影响,基于室内藻类生长动力学试验,提出藻类生长过程中的水流扰动参数α,并对藻类生长公式进行修正;运用一维河网与二维湖泊耦合的藻类生长动力学模型对太湖西北部重污染区藻类生长的时空分布特征进行动态模拟。结果表明:(1)水动力条件对藻类生长影响明显,研究区内东西向河流流速较大,水流扰动强,藻类浓度低于南北向河流;(2)各研究断面藻类浓度均呈现时间分布不均性,枯季(11月至次年4月)水流扰动较弱,为藻类生长创造较好的环境,藻类平均浓度较洪季(5月至10月)增加了9.22%;(3)河湖系统内湖口区水流条件更适宜藻类生长,位于湖口区的S2与S4点位浓度平均较河网区增加了18.5%。     

紫薯气体射流冲击干燥效率及干燥模型的建立

【目的】为了提高紫薯干制品质、提高干燥效率,研究不同条件对紫薯气体射流冲击干燥特性的影响并筛选出最适干燥模型。【方法】采用自制气体射流冲击干燥机干燥紫薯片,探讨风温、风速、预处理和切片厚度对物料干燥特性和水分有效扩散系数的影响。利用数据统计对6个干燥模型进行拟合筛选。【结果】与大多数食品物料干燥试验结果一样,紫薯的气体射流冲击干燥主要属于降速干燥。预处理可增加物料初温且使物料更快达到干燥环境温度,但降低干燥速率并延长干燥时间。干燥速率随着切片厚度增加而降低,但随着风温和风速的增加而增加。物料厚度和风速对物料升温影响小,但风温对物料升温有较大影响,随着风温增加会延长物料达到干燥环境温度所需时间。有效扩散系数随着片层厚度、风温和风速的增加而增加,最高有效水分扩散系数为7.0033×10-10 m2•s-1。所有模型都能较好地描述紫薯气体射流冲击干燥过程中紫薯的水分变化规律,其中Modified Henderson and Pabis模型有最大确定系数,最小卡方值和均方根误差。【结论】风温、风速、切片厚度、预处理对紫薯气体射流冲击干燥曲线、干燥速率曲线和温度、有效水分扩散系数均有影响。在风温50—80℃,风速10—13 m•s-1且切片厚度为1.87—4.80 mm条件下,Modified Henderson and Pabis模型是拟合紫薯干燥曲线的最适模型。     

悬栅消能工水力特性研究

通过对新型悬栅消能工流场的测试，揭示了悬栅流场的水流流态、流速分布、水面线形态和压力分布等水力特性。随着过水流量、悬栅栅条的设置高度，悬栅栅条的间距及悬栅栅条的断面形状的改变，其水力特性也随之发生变化，并直接影响着悬栅的消能效果。     

水泥固化煤化工废水污染土强度特性的试验研究

随着我国煤化工企业的发展,在生产过程中产生了大量的废水,正确的处理和分析煤化工带来的环境问题刻不容缓。本文利用水泥作为固化剂,以腐殖酸作为污染源,通过系统的室内试验,比较了不同养护龄期、不同水泥掺量和不同污染程度对固化土体的无侧限抗压强度的影响,并研究了在加入不同固化剂掺量和不同污染程度情况下水泥固化污染土的孔隙情况。试验结果表明,水泥固化煤化工废水污染土的无侧限抗压强度随着养护龄期和水泥掺量的增加而增加,随着污染物程度的增加而减小,并通过对室内试验数据的分析建立了强度预测公式。水泥掺量增加,试样的孔隙减少,内部结构变得密实;污染程度加大,整体上试样孔隙也随着增加,但孔隙直径小于0.0 4 um的孔隙含量相对没有较大的变化。     

台阶式溢流坝水流跃离的水力特性分析

【目的】研究台阶式溢流坝泄水过程中产生水流跃离的水力特性。【方法】应用模型试验和量纲分析的方法,分析台阶式溢流坝产生水流跃离的水力特性。【结果】台阶式溢流坝泄水过程中,在跌落水流大部分范围内产生水流跃离现象,其垂直坝面方向的跃离高度为台阶高度的2.6倍,平行坝面方向的跃离长度与台阶高度的比值约为15.6,并在水流回落的水平台阶面上出现压力最大值,其压力水头与台阶高度的比值达到1.88。【结论】当坝坡≥40°,由跌落水流向过渡水流流态转变过程中,在第一级台阶上必然会产生水流跃离,并随坝坡增大水流直接冲击消力池底板。水流跃离的长度、高度随坡度、台阶高度及泄流量的增加而增大;台阶面上的压力大小随水流跃过或冲击而不同。     

天然气凝析液管道中射流清管器的运动特性

天然气凝析液管道生产中后期常面临管道内积液增加、沿程摩阻增大的问题,定期清管作业对于保障油气管道的安全高效至关重要。在清管过程中,由于传统清管器运行速度与后方驱动气速相同,可能导致其超出控制,从而引发一系列问题。研制了一款新型的射流清管器,并搭建了与之匹配的水平-立管试验系统,以空气、水为介质,开展不同结构参数的射流清管试验,通过LabView数据采集系统对清管过程中的流量、压力、终端液位等进行实时采集。通过改变旁通率、驱动气速、液速等参数探究射流清管器的运动特性,并分析清管器异常运动过程以及射流消除段塞的内在机理。结果表明:采用射流清管器可达到降低清管器运行速度、平缓管道内压力波动、降低清管器前方段塞持液率、控制段塞体积的目的。研究成果可为深入了解射流清管技术机理,推广其工程应用提供参考。(图14,表2,参39)     

有初始横流阵列射流冲击的三维数值计算

对具有初始横流的阵列射流冲击的流场和温度场进行了三维数值计算 ,研究了射流孔与冲击靶面间距、射流冲击孔排列方式和射流与横流质量流量比等因素对换热特性的影响。结果表明 :( 1 )在不同的射流孔与冲击靶面间距下 ,对于给定的射流与横流质量流量比 ,顺排方式的冲击冷却效果要优于叉排方式 ;( 2 )射流孔与冲击靶面间距对阵列射流冲击的流动和换热特性影响是非常复杂的 ;( 3 )随着初始横流与射流质量流量之比增加 ,在相同的射流孔与冲击靶面间距下 ,顺排和叉排方式的冷却效果均呈现单调的下降     

核桃气体射流冲击干燥特性及干燥模型

目的】研究不同条件对核桃气体射流冲击干燥的影响,提高核桃干制品质、缩短干燥时间,得到干燥所需活化能并筛选出最适干燥模型。【方法】采用热管和自制气体射流冲击节能干燥技术相结合的方法,利用9组试验,探讨了不同射流风温（40、50和60℃）、介质风速（11、12和13 m·s^-1）对物料干燥特性、有效水分扩散系数和活化能的影响,同时通过数据统计对5个干燥模型的拟合筛选,建立5个干燥动力学模型,分别为Page模型、Modified Page模型、Logarithmic模型、Herdenson and Pabis模型和Lemus模型,利用DPS软件对数据进行处理,拟合后得到最终的普遍适用的水分比MR与时间t的参数方程。【结果】与大多数食品物料的气体射流冲击干燥试验类似,核桃的气体射流冲击干燥主要属于降速干燥,没有恒速干燥阶段。风温对核桃气体射流冲击干燥的各个阶段影响均较大,风温越高,水分比下降越快,干燥速率越高。风速对干燥时长几乎无影响,但对于表面水分汽化阶段的速率具有一定影响,能够在这一阶段使干燥速率加快,对内部水分转移阶段的干燥速率几乎无影响。利用这一特点可以采用不同时段改变风温风速的方法,既缩短干燥时长又达到节能目的。总体来说对缩短干燥时间的影响顺序为：风温＞风速。核桃气体射流冲击干燥的有效扩散系数随风温升高而增加,风速对其几乎无影响,通过费克第二定律求出了干燥过程中核桃的有效水分扩散系数,其值为0.9674×10^-11-2.2231×10^-11m²·s^-1,由于其具有外壳等结构,所以比一般的食品物料的有效水分扩散系数低1-3个数量级。活化能随风速增大而增加,最低的活化能为27.644 kJ·mol^-1。5个模型均具有较高的拟合度,能较好地对核桃气体射流冲击干燥进行描述,其中Modified Page模型有最大的确定系数R²、最小卡方值（χ²）和均方根误差（RMSE）。以Modified Page模型,通过DPS软件进行回归,建立了在风温为40-60℃,风速为11-13 m·s^-1条件下核桃物料气体射流冲击干燥普遍适用的水分比MR与时间t的参数方程。【结论】射流风温与介质风速对核桃气体射流冲击干燥曲线、干燥速率曲线、有效水分扩散系数和活化能均有影响。根据在不同条件下得到的拟合值与试验组测定的观察值进行拟合比较,以风温为50℃、介质风速为13 m·s^-1时干燥最佳。Modified Page模型与Page模型均适合描述在风温为40-60℃,风速为11-13 m·s^-1条件下的核桃气体射流冲击干燥。而Modified Page模型拟合程度更高,是核桃气体射流冲击干燥最优模型。     

不同干燥方法对紫薯干燥效率及品质的影响

【目的】为了提高紫薯干燥效率及干制品质,研究不同干燥方法对紫薯水分散失、色泽、花青素、酚类化合物及抗氧化能力的影响。【方法】采用穿流式热风干燥、鼓风干燥、气体射流冲击干燥及低氧气体射流冲击干燥4种干燥方式处理紫薯。首先探讨了穿流式热风干燥、鼓风干燥和气体射流冲击干燥3种干燥方式分别在干燥风温70℃,物料切片厚度1.93 mm以及微波预处理3 min的条件下对紫薯干燥曲线、干燥速率曲线及有效水分扩散系数的影响。其次探讨了穿流式热风干燥、鼓风干燥、气体射流冲击干燥和低氧气体射流冲击干燥4种干燥方式在干燥风温70℃,物料切片厚度1.93 mm以及微波预预处理3 min的条件下对紫薯干燥后的色泽、总花青素含量、总酚含量及酚类化合物对DPPH•清除率的影响。最后探讨了不同低氧气体射流冲击干燥风温、风速、喷嘴高度和切片厚度4个因素对紫薯干燥后的色泽、总花青素含量、总酚含量及酚类化合物清除DPPH•的影响。【结果】紫薯与大多数食品原材料在干燥过程中的水分散失规律相似。紫薯的气体射流冲击干燥、鼓风干燥和穿流干燥均属于降速干燥,物料在整个干燥过程中未有明显的恒速干燥阶段。气体射流冲击干燥最高干燥速率比鼓风干燥高84.04%,比穿流干燥高61.60%。紫薯在气体射流冲击干燥过程的前40 min内水分含量快速降低,在之后的干燥过程中水分含量却以非常缓慢的速率下降。鼓风干燥、穿流干燥和气体射流冲击干燥的有效水分扩散系数分别为9.62×10-9、10.23×10-9和15.02×10-9 m2•s-1。本研究所选鲜紫薯的总花青素含量为90.85 mg•100g-1,总酚含量为262.14 mg•100g-1,紫薯酚类化合物对DPPH•的清除率为40.84%。低氧气体射流冲击干燥比普通气体射流冲击干燥、鼓风干燥和穿流式热风干燥具有更好的干后色泽和更高总花青素含量、总酚含量及DPPH•清除率。经低氧气体射流冲击干燥后的紫薯色差值为20.35,总花青素含量为34.79 mg•100g-1,总酚含量为139.26 mg•100g-1以及酚类化合物对DPPH•的清除率为28.49%。在探讨不同低氧气体射流冲击干燥条件对紫薯品质的影响试验中,紫薯的总花青素含量、总酚含量及DPPH•清除率随着干燥风温的增加以及随着干燥风速、喷嘴高度、切片厚度的降低而降低。而色差值却随着低氧气体射流冲击干燥的风温增加及风速、喷嘴高度、切片厚度的降低而增加。且干燥后紫薯的总花青素最高保存率为59.58%,最高总酚保存率为82.35%,最高抗氧化活性保存率为82.05%。【结论】紫薯的气体射流冲击干燥与鼓风干燥和热风干燥相比具有更高的干燥效率和干后品质,且采用低氧气体射流冲击干燥可在普通气体射流冲击干燥的基础上进一步提高紫薯的干后品质。     

气体射流冲击下颗粒物料流态化参数的试验研究

在研制的射流冲击试验台上，采用图像对比的方法，对玉米颗粒在气体射流冲击作用下产生流态化运动时所需的喷嘴出口气流速度与冲击室宽镀、喷嘴直径、喷嘴间距和喷嘴高度之间的关系进行了试验研究。通过引入流化程度因子概念，采用正交试验得到了不同结构参数下物料流化所需的喷嘴出口气流速度。     

生物炭对黏质砂红壤沼液入渗减渗效果的影响

为减缓黏质砂红壤沼液水分下渗,本研究以生物炭不同混掺量和不同混掺厚度为影响因子进行室内土柱模拟试验,设置3种生物炭混掺量(1%、3%和5%)和4种混掺厚度(5、10、15 cm和20 cm),同时设置不混掺生物炭为对照处理(CK),以探究生物炭对黏质砂红壤沼液入渗减渗效果的影响,并优选出适宜的土壤水分入渗模型。结果表明:生物炭减小了沼液灌溉下红壤的湿润峰运移速率和累积入渗量,对红壤入渗表征为减渗效果。对于不同混掺量,红壤湿润锋运移速率和累积入渗量随着生物炭混掺量的增加而减小,其中5%混掺量处理为最小值。对于不同混掺厚度,1%和3%混掺量时,红壤湿润锋运移速率和累积入渗量随着混掺厚度的增加呈先减后增的趋势,其中10 cm混掺厚度处理为最小值,较CK处理平均分别减小21.62%和26.89%;5%混掺量处理下,红壤湿润锋运移距离和累积入渗量随着混掺厚度的增加呈递减趋势,其中20 cm混掺厚度处理为最小值,较CK处理分别减小35.58%和45.49%。采用Philip、Kostiakov、Horton模型对红壤水分入渗过程进行模拟,通过比较模型参数、RMSE和R²发现,...