弯道取水口表层水流速度场数值模拟

弯道取水口附近水域水流结构十分复杂,为研究其水力学特性,依据物理模型试验,分析弯道及取水口附近表层速度场分布,采用标准模型对其进行二维数值模拟。综合分析可知,取水口处流速变化剧烈,应特别注意工程维护;取水口下游流速明显降低,应采取适当措施防止泥沙淤积。     

基于非结构网格的三维水流数值模拟研究

【目的】以黄河沙坡头连续弯道段的水流运动为研究对象,研究非结构网格在天然河道数值模拟中的应用。【方法】建立三维紊流数学模型,采用有限体积法离散模型方程,利用SIMPLEC算法求解离散后的方程组。用非结构网格剖分研究区域,用等距分层法进行垂向分层,研究弯道水流表层、中层及底层平面流场和连续弯道典型断面处的纵向流速及环流分布,并对比分析横断面纵向流速的计算值与实测值。【结果】横断面纵向流速的计算值与实测值吻合较好。弯道水流底层到表层流速逐渐增大,在流速变化较大的地方出现了主流与深泓线分离的现象。弯道横向环流明显,表层流速指向凹岸,底层流速指向凸岸。【结论】非结构网格能较好地模拟天然河道中复杂的水流结构。     

复式交汇河道水流紊动特性分析

利用室内水槽模型,深入模拟了交汇的复式河道水流的流态.采用三维多普勒三向流速仪对复式交汇河流不同垂线的脉动流速进行了观测,并对下游某一断面的时均流速、紊动强度、雷诺应力等沿垂线的分布规律进行了分析.结果表明:在滩槽交界附近存在一个流速间断面,在这个区域水流所受阻力较大,过汇流口后,水槽内水流流态基本符合明渠流动特性.     

基于声学技术的红沿河核电站附近海域夏季水母通量测量

大量水母涌入核电站取水口会对核电冷源取水安全造成严重威胁,为把握夏季红沿河核电站附近海域水母的密度和基本运动规律,分别于2017年7、8、9月在红沿河核电站附近海域使用同时搭载科学探鱼仪(120、200 kHz)和多普勒流速剖面仪(ADCP)的调查船,沿垂直等深线方向进行25 h、10 n mile长垂直断面往复走航水...     

梯形渠道分流量及其影响因素初探

【目的】研究梯形主渠分水口水流形态,分析分水口附近水面变化规律以及分水口水头损失,建立矩形支渠分流量公式,为灌区量水技术的精确化提供支持。【方法】对灌区广泛应用的梯形渠道90°分水口进行分流试验研究,采用分流模型试验设置了5种梯形主渠来流量Q₁,每种Q₁下又设置5种分流比,共进行25组试验,通过9个控制断面的水深变化分析其水面线变化,规律以及矩形支渠分流量系数（m）与断面Ⅰ傅汝德数（F_r1）的关系;根据矩形支渠分流量Q₂与主渠水深和傅汝德数的相关性,建立Q₂的计算公式,并对上游傅汝德数和分水口水头损失进行了探讨。【结果】当Q₁为26.40和33.17 L/s时,5种分流比下梯形渠道水深的变化规律基本一致,即水深在分水口附近变化很大,水位在分水口口门处有所下降,接近分水口下唇时略有壅水,最大相对壅水高度为上游水深的0.18倍。在同一Q₁下,F_r1与m之间呈较为明显的负相关关系。随着分流比的增大,相对水头损失减小,最大相对水头损失为26%;当分流比大于0.6时,相对水头损失保持在较低水平,有利于支渠引水。【结论】最终建立的Q₂与水位关系式的决定系数大于0.9,操作简便。梯形渠道90°分水口的分流比控制在0.6左右时相对水头损失最小,该分流比为利用分水口实现流量一体化测控提供了参考。     

天然河道分汊口闸段过流水流特性的试验研究

鉴于天然河道分汊口地形、水力条件复杂,流量分配不易控制,在实际工程中,拟建堰闸横向组合型拦河建筑物来调节侧汊流量。采用物理模型方法,在不同流量及闸门开度条件下,研究了新型拦河建筑物闸段过流对分汊河道水流特性的影响,利用经验公式对闸门流量系数进行了计算,并且与实测值进行比较。结果表明:闸段过流时侧汊分流比明显小于全断面过流,且闸门开度和来流流量均影响分流比大小。随闸门开度增大,侧汊分流比增大,且流量越小,增幅越大;当闸门开度相同时,流量越大,侧汊分流比越小。由于水力因素复杂性和拦河建筑物非对称性,拦河建筑物上游水位、流速分布不均,闸门开度相同,流量增大,上游水位最高点向闸段侧偏移;流量增大,闸门开度增大,上游流速峰值向闸段侧偏移;在总流量为3000m3·s-1附近,上游水位不随闸门开度变化。闸门开度一定时,流量越大,闸后消力池内Fr越大,消能效果越好。总流量为4600m3·s-1时,Fr在2.5～4.5之间,产生不稳定水跃;总流量为3000m3·s-1和1500m3·s-1时,Fr在1.0～1.7之间,产生波状水跃。利用三种现行公式计算的流量系数与实测值相比误差较大,现行公式对流量系数的影响因素考虑欠缺,本研究引入闸孔侧收缩系数ε对现行公式进行修正,该修正公式的计算值均在±10%误差范围内,结果较为精确。本试验结果不仅丰富了新型拦河建筑物附近的水流运动理论,也对河道整治、新型拦河建筑物设计等相关工程提供理论支撑。     

消力池内水流噪声数值模拟分析

为解决水噪声试验中因改变边界条件耗时费力的问题,采用了基于VOF和k-ε黏度模型的CFD分析方法,通过改变上游来流量、消力池长度及尾坎高度,对宽顶堰消力池内的各水力要素及水噪声场进行了数值模拟,并且与物理模型试验所得结果进行比较。结果表明:模拟水面线变化趋势与实测水面线误差在30%之内;模拟流速与实测流速误差在30%之内;模拟水噪声在4500~8000Hz之间与实测结果声压级误差在6.5db之间,数值模拟结果与物理模型试验结果较为吻合,说明采用该数学模型模拟低水头情况下宽顶堰消力池内水流的流态与水噪声是可行的。得到了各水力要素及水噪声随流量、消力池长度及尾坎高度变化的规律。相同尾坎高度和消力池长度情况下,上游来流量为12.5,10.3,6.9L·s~(-1)都有水跃产生,同时距上游越近,水面位置处的流速越大;相同上游来流量和消力池长度情况下,尾坎高度对水跃影响明显,同时越靠近宽顶堰位置,水面处的流速越大;相同上游来流量和尾坎高度情况下,消力池长度对水跃影响也比较明显。同时发现水流噪声最大声压值都出现在消力池尾坎附近。     

基于离散元法的螺旋进料器物料流动特性分析

针对附属于给定机型颗粒成型机上的螺旋进料器,对玉米秸秆粉料在进料器内的流动特性进行了模拟分析。利用离散元分析软件EDEM,创建了螺旋进料器部件的几何模型,并对玉米秸秆粉料颗粒接触模型和颗粒生成方法进行了研究,通过离散元模拟获得了现有工况下螺旋进料器工作时的粉料流动状态。采用HERTZ-MINDLIN无滑移接触模型,取重力加速度为9.81m·s~(-2),设置接触参数并生成了秸秆颗粒25000个进行仿真模拟。结果表明:在T=13.80~14.30s阶段为一典型的出料波动周期。出料过程中粉料呈浪涌流动状态的不连续脉动流;进一步分别针对颗粒密度、粒径大小、壁面摩擦因数、螺距、螺旋叶片内径参数进行了流态和速度的影响因素分析。颗粒密度分别取40,80,120kg·m~(-3)时,出料所需时间分别为21.37,17.68,15.01s;粒径分别取为2,1.8,1.6mm时,出料所需时间分别为17.68,18.06,19.37s;壁面静摩擦因数分别取为0.58,0.48,0.38时,出料所需时间分别为17.68,16.03,15.84s;螺旋叶片内径分别取为50,60,70mm时,在整个模拟时长20s内出料的平均流量分别为16.73,12.61,8.96g·s~(-1)。其中颗粒密度越大,粒径越大,则出料速度越快,但对粉料流态无明显影响;壁面摩擦因数越小、螺距越大、螺旋叶片内径越小,则出料口流速越快,流场分布越宽,落料范围越大,流态越剧烈。本研究可为适用于生物质颗粒成型机的螺旋进料器的设计和改进提供参考。