淹没条件下自激脉冲射流冲蚀试验研究

为了对比不同淹没条件下连续射流和低压大流量自激吸气式脉冲射流冲蚀效果,利用自行研制的射流冲蚀系统进行了射流冲蚀石蜡效果试验研究,得到不同淹没水深下射流打击力、吸气量、石蜡冲蚀深度、石蜡冲蚀体积和石蜡冲蚀表面积等.结果表明：在不同淹没水深下,连续射流打击力大于吸气脉冲射流,而吸气脉冲射流打击力又大于不吸气脉冲射流打击力,且随着水深的增大,自吸气与不吸气之间脉冲射流打击力差值越来越小;当淹没水深较小时（≤30 m）,由于气体对石蜡剥蚀作用较强,连续射流冲蚀深度小于吸气脉冲射流,而当水深较大时（≥40 m）,由于吸气量变小,剥蚀作用减弱,冲蚀深度则相反;在冲蚀面积和体积上,在各种淹没水深下吸气脉冲射流冲蚀效果均好于连续射流,且随着水深的增加,两种射流的冲蚀面积和体积逐渐变小,差值也越来越小.     

喷嘴几何参数对自激吸气脉冲射流性能影响的正交试验

为确定自激吸气脉冲射流喷嘴的几何参数及其交互作用对其性能影响的显著性及重要性次序,运用正交试验的方法,对自激吸气脉冲射流喷嘴的吸气性能和冲击性能进行试验研究,并通过极差分析和方差分析研究了喷嘴面积比、相对腔内面积、相对腔长等因素及其交互作用对装置的吸气性能和冲击性能影响的敏感性.2种分析方法得到的结果一致表明,自激吸气脉冲射流喷嘴几何参数对吸气性能影响的主次顺序依次为相对腔长、相对腔内面积、相对腔长与相对腔内面积的交互作用、喷嘴面积比与相对腔内面积间的交互作用、喷嘴面积比;几何参数对喷嘴冲击性能影响的主次依次顺序为:喷嘴面积比、相对腔内面积、相对腔长与喷嘴面积比的交互作用、相对腔长,其中前两者对喷嘴冲击性能影响远大于后两者.验证性试验证实了正交试验结论.     

基于ALE方法淹没条件下水射流破土数值模拟与试验

针对目前水射流破土研究中缺少对非淹没与淹没条件下整体冲击、破坏过程差异分析的问题,采用ALE算法对水射流破土进行流固耦合数值计算建模并分析淹没条件及非淹没条件下冲坑演化差异。通过ANSYS/LS-DYNA有限元数值模拟与联合PFV软件的高速摄像机试验进行对比验证仿真模型的有效性,探究淹没条件及非淹没两种射流状态破土成坑过程差异及土体内部应力分布瞬时信息。研究结果表明:冲蚀体积相同时,淹没条件下射流对靶目标刺激更小;相同工况、淹没射流破土到达稳定坑形时,淹没射流冲坑深度为非淹没射流冲坑深度的33.8%,淹没射流冲坑径宽为非淹没射流径宽的71.4%。研究结果可为水射流破土冲挖现场应用提供参考依据。     

脉冲液-气射流泵能量平衡试验研究

根据脉冲液-气射流泵主要流动部件的能量损失压力比,对其能量平衡进行试验,研究主要过流部件的能量转化与脉冲频率之间的关系;与恒定液体射流泵试验数据进行对比,证明脉冲频率、脉冲装置对脉冲液-气射流泵的主要流动部件的能量损失压力比有一定的影响,脉冲射流是提高射流泵传能及传质效率的有效途径。     

附壁振荡液气射流泵工作性能试验研究

提出一种新的射流工作形式应用于液气射流泵,该射流形式——附壁振荡射流由射流元件产生.在液气射流泵垂直安装的试验装置上,对24种不同尺寸模型泵进行了振荡射流性能试验,并与直射情况对比.试验结果表明,工作水压力对性能影响明显,泵的性能线具有相近的最大压力比h值,随工作水压力的增大,最大流量比q和泵效率η增大.在相同工作压力下,随面积比m的增大,性能线由陡峭变为平缓,也即最大压力比减小,最大流量比增大,此时泵效率增大后减小,因此存在最优m值使效率最高.与直射情况对比,振荡射流形式获得的最大效率约为16%,小于直射情况,但两者具有相近的吸气量,采用振荡射流方式具有增大面积比的作用,随射流振荡频率的增大,压力比增大但小于直射情况.在给定具体工作压力为300 kPa情况下,由试验数据拟合出非稳定液气射流泵性能方程式,用于指导液气射流泵的实际应用.     

淹没出流条件下滴灌灌水器水力性能试验研究

在室内将3种类型的灌水器置于自制水槽中,进行了灌水器的淹没出流试验。试验结果表明:灌水器在淹没出流时的出流规律与自由出流相同,但淹没时的流量略小于对应压力下自由出流的流量,其流量变化率多在10%以内;相比之下,低压时流量变化率比高压时大,即在灌水器额定工作压力(10m)附近,淹没出流对其影响较小。统计特征表明,灌水器淹没后出流更加均匀。不同灌水器类型对淹没与否的敏感程度有所差异,微管灌水器最为明显,其次是内镶式,补偿式变化很小。升降压过程中,降压过程的淹没出流对灌水器的流量变化率均小于升压过程。     

温度与空化空蚀的影响关系研究

简要阐述空化空蚀机理。通过分析表面张力、动力黏度、密度、声速、蒸汽压强等5个因素与温度之间的关系,并利用MATLAB拟合曲线方程。同时,分析了以上5个因素对空化空蚀的影响,及温度对空化空蚀影响机理,构建了半径R、时间t与温度T之间的函数关系式。进一步解释了温度升高到一定程度之后空蚀破坏程度减弱的原因,不仅是空泡内蒸汽的缓冲作用,而且还包括：固壁附近的空化泡与周围空气泡相互作用的增强和含气型空化比例的增加,改变微射流的方向,降低微射流的速度,增加空泡溃灭的时间,消减传递到固壁的高强冲击荷载而减免空蚀。     

大射程全射流微喷头设计与性能试验

利用射流附壁原理,设计一种大射程的全射流微喷头.分析了全射流微喷头旋转驱动力与射流元件作用区结构尺寸的关系,得到两种驱动力的计算公式.通过正交试验得到了最优转速、最远射程时的作用区位差、作用区长度和盖板位差的尺寸组合.对最优结构样机进行了水力性能测试,测试结果与正交试验结果一致.样机水量分布均匀,射程、水滴直径达到设计要求.     

基于环对称掺气的液体射流泵试验研究

为改善液体射流泵性能,提出了在喉管处环对称掺气的方法.通过射流泵水力试验,研究了不同掺气条件下各流量比工况的基本性能及空化特征.试验表明：喉管适量掺气后,未达到极限流量比工况时压力比总体略有提升,效率变化率增值为0.3%～4.9%,接近极限流量比时增效最为明显;极限工况时掺气可以改善空化性能,实测喉管及扩散管的压力脉动明显减弱,且射流泵极限流量比有所增加、正常工作范围变大;较优的掺气率(空气与混合液的体积流量比)为2.0%～3.0%.研究表明：与水相比,空气的黏度系数较小,少量空气被液体携带贴着管壁流动,可降低近壁面水流阻力、减小沿程水头损失,有利于提高射流泵传能效率.在极限工况时空气自然吸入可提升喉管内压力、减免射流泵空化、改善运行性能.环对称掺气的研究成果,可为液体射流泵的性能优化提供一定的参考依据.     

全圆旋转射流喷头设计与水力性能试验

为了提高农业节水灌溉效率,提出了一种全圆旋转射流喷头。确定了喷头的CFD数值模拟方法,选取深宽比、位差比、劈距比、侧壁倾角作为试验因素,以射流附壁切换频率和流量振幅为指标,通过正交试验得到了喷头内流道的优化结构。通过高速摄影技术对喷头的射流附壁切换频率进行测定,同时监测喷头的进口流量,结果表明,模拟所得的流量压力关系与试验结果基本一致,相对误差范围为2. 1%～4. 0%,射流附壁切换频率随进口压力的变化趋势基本相同,相对误差范围为7. 7%～22. 2%。当进口压力为0. 15、0. 20、0. 25 MPa时,分别研究了PY210A型摇臂式喷头和射流喷头的水力性能,其中射流喷头的流量较小(1. 19～1. 53 m3/h)、射程较远(13. 0～15. 7 m)、平均喷灌强度较小(2. 85～3. 63 mm/h),转动周期较短(81～105 s),摇臂式喷头的喷洒水量呈马鞍形分布,射程近处和远处的喷洒水量相对较大,射流喷头的喷洒水量呈三角形分布,喷洒水量随射程增加而减小。     

水工消能的研究现状与进展

随着各种坝型设计理论的不断完善和施工工艺水平的提高,也出现了很多新型消能工,并能够结合当地情况综合利用消能工。     

双吸离心泵性能提高及其试验研究

论述了双吸离心泵增大高效点流量、提高水力性能的原理、方法、实施过程及改造结果.根据要求的运行参数,增大叶轮出口宽度,减小叶轮出口直径,重新设计叶轮.并采用CFD软件对新设计的叶轮内部流动进行数值模拟,预测该泵性能.根据新叶轮运行结果,修削泵体隔舌,扩大喉部面积.通过两次改造,效率曲线的高效点向大流量偏移1.18倍,最高效率提高2.9%,最大流量增加1.03倍,效率提高1.8%.     

溢洪道消能问题及水工模型试验方法研究

溢洪道是保证水库泄洪能力的重要设施,因其泄下的高速水流具有很强的冲击力,所以其消能问题备受关注。介绍目前工程中常用的几种消能方法,阐述利用水工模型进行试验研究的理论基础,以期为溢洪道消能问题的研究提供参考。     

阶梯溢流坝水流数值模拟及消能分析

利用k-ε紊流模型模拟了带有曲线自由表面的阶梯溢流坝和非阶梯溢流坝的紊流流场,采用流体体积分数法(VOF法)来确定自由表面。通过数值模拟,得到了2种溢流坝水流的较为合理的速度场,比较了二者的消能效果。模拟结果表明,阶梯溢流坝消能效果更好,阶梯溢流坝的消能率比非阶梯溢流坝的消能率高约17%。     

圆环流磁流变阀压降性能分析与试验

磁流变阀是一种以磁流变液为工作介质的智能控制器件,其进出口压差可调且响应速度快的特点使其在减振抗震系统中具有广泛的应用前景。设计了一种典型的阻尼间隙为圆环流动式的圆环流磁流变阀,对其工作原理进行了阐述,同时推导了圆环流磁流变阀的压降数学模型。采用有限元法(FEM)和计算流体力学法(CFD)分别对圆环流磁流变阀的电磁场和流场进行了建模仿真,分析了不同电流下磁流变阀压降变化规律,仿真结果表明圆环流磁流变阀的压降随着加载电流的增大而增大,并且逐渐趋于饱和;同时采用FEM方法得到的最大压降为948 k Pa,采用CFD方法得到的最大压降为1 079 k Pa。搭建了圆环流磁流变阀压降性能试验台,对不同电流及不同负载下的磁流变阀压降性能进行了试验分析,并与仿真结果进行了对比,结果表明试验压降变化趋势与两种仿真方法得出的压降变化基本相符,试验测试得到的最大压降为662 k Pa。同时,试验结果表明外加负载对圆环流磁流变阀压降大小变化基本无影响。     

阿安引水洞消能模型试验研究

随着跨流域长隧洞引水工程的发展，洞内消能的研究也在进一步深化，南水北调西线一期工程中的阿安引水隧洞采用洞内消能工程。对阿安引水隧洞洞内消能工程的基本结构和尺寸的理论设计进行了水工模型试验研究，根据模型试验将原设计与修改方案的水流流态、流速和压强及消能效果进行对比，确定能使引水隧洞在各级引水流量下能安全可靠地运行的洞内消能工的体形和尺寸。     

离心泵叶轮内部湍流动能及耗散率分析

本研究基于雷诺时均N-S方程,采用k～ε湍流模型,对标准离心泵叶轮内部湍流进行了数值模拟。采用质量加权平均湍流动能及湍流耗散率的方法,分析发现湍流动能和湍流耗散率沿半径的分布有十分相似的规律;除0.6Qd设计工况,湍流动能和湍流耗散率分布呈现出先增加,随后减小,最后增加的现象;0.6Qd设计工况下,湍流动能和湍流耗散率最大,流体能量损失最为严重,因此从效率方面考虑,应避免泵在小流量工况下运行。     

消能坎水力计算的可靠性分析

为了消除传统消能坎水力计算方法的不足，根据可靠性理论对消能坎的水力计算进行了研究，其水力计算准则是泄水建筑物下游形成低淹没度水跃。利用低淹没度水跃保证率的概念，使用一次二阶矩计算方法，对消能坎的水力计算提出了简单可行的方法。改进了传统的确定性设计。     

溢洪道水流消能研究

溢洪道是广泛应用于水利枢纽工程中的一种泄水建筑物。若泄洪消能问题处理不好,不仅会冲刷下游河床,还会影响枢纽工程中其他建筑物的正常运行。阐述溢洪道的水流特性和泄洪消能的形式,介绍与分析国内外对泄洪消能问题的研究现状,以期为溢洪道泄洪消能的进一步研究提供参考。     

双吸离心泵蜗壳面积比对水力性能的影响研究

双吸离心泵具有流量大、扬程高的特点,被广泛应用于农业输水灌溉等工程。双吸泵的蜗壳和叶轮间具有动静干涉作用,两者之间的匹配形式会对水泵的水力性能产生影响。将CFD数值模拟和已有试验数据相结合,通过研究不同比转数的双吸离心泵蜗壳面积比对水力性能的影响,得出不同比转数下双吸离心泵最优蜗壳面积比规律。研究发现,当蜗壳面积比在原有基础上增加时,其最高效率点向大流量工况偏移,且扬程和效率有下降的趋势,设计工况附近的平均效率降低;当蜗壳面积比减小时,其在一定范围内扬程和效率均出现上升,最高效率点偏向于小流量工况,但是当降低到一定程度时,扬程和效率均会出现急剧的下降,最终通过总结各个比转数双吸泵的最优蜗壳面积比,得到随着比转数的增加,最优蜗壳面积比增加,高效区范围逐渐加宽这一规律。