弧底梯形渠道无喉道量水槽水位流量关系数值模拟

目前为适应我国多数渠道断面方式和灌区管理方式,开发研制新型量水配套设施对灌区节水起着至关重要的作用。利用Fluent 6.3大型流体力学数值仿真软件,结合有限体积法、RNG k-ε湍流模型和VOF模型,在不同渠道底坡上对不同量水槽水位流量进行数值模拟试验研究。结果表明:（1）量水槽流态上游水面平稳属于缓流,量水槽槽内水流为急流,可知由缓流过度到急流必然会发生临界流,量水槽沿程弗劳德数可知量水槽喉口附近扩散段内产生临界流;（2）弧底梯形渠道无喉道量水槽具有较好的水位流量关系,渠道收缩比ε与渠道比降i对形成单值稳定的水位流量关系有较大的影响,随着渠道尺寸增大同时收缩比ε减小,量水槽水位流量逐渐在较大的底坡范围内形成统一的水位流量关系。（3）流量系数与量水槽宽和收缩比具有较好的线性关系,同时流量系数随R,H、ε的增大而变大,回归分析建立的量水槽流量公式,测流公式平均误差值小于5%,说明弧底梯形渠道无喉道量水槽测流是可行的,满足明渠测流要求。研究成果对灌区渠道量水槽的设计优化提供了一定的参考和建议。     

流冰对引水隧洞撞击破坏力学特性数值分析与验证

寒旱地区冬季寒冷,昼夜温差大,长距离输水工程在解冻期易形成流冰,不同尺寸的流冰对隧洞形成不同的挤压力或撞击力,甚至导致衬砌破损,工程失效。该文通过深入研究流冰与引水隧洞碰撞时的相互作用问题,并利用有限元接触-碰撞算法的对称罚函数算法,进行了流冰撞击引水隧洞衬砌的接触-碰撞算法的理论分析。应用ANSYS/LS-DYNA软件,建立隧洞模型和流冰模型,选用LS-DYNA SOLVER求解器进行求解,分析流冰对隧洞的破坏程度;并通过物理模型试验采用几何比尺为C_l为28进行验证,揭示流冰对引水隧洞的撞击破坏机理。结果表明:流冰在不同流速、不同平面尺寸、不同厚度等工况下,流冰与隧洞衬砌碰撞时,隧洞衬砌表面会产生不同程度的变形和破坏;随着流速增大,撞击应力值也相应增大,两者呈线性关系;当流冰平面尺寸变化时,其撞击应力随着流冰平面尺寸的增大而增大,两者呈非线性关系;当流冰厚度增加时,流冰厚度小于0.5 m时,撞击力随着流冰厚度的增大而增大;其厚度超过0.5 m时,撞击应力值变化不大,其流冰平面尺寸和最大应力呈现近似线性关系。同时,通过软件模拟和试验观测得出的计算结果基本一致,流冰与隧洞衬砌碰撞时,隧洞衬砌表面会产生不同程度变形,变形对隧洞稳定性影响不大。但是,流冰冲刷会导致隧洞衬砌表面破碎,长期会影响结构的强度与稳定性。其结果可为寒旱地区冬季输水工程安全提供理论支撑和技术保障。     

基于改进4-方程摩擦模型的输水管道水锤压力计算

摩擦耦合是流体与管壁之间相对运动产生粘性摩擦力而形成的边界接触耦合。在流体高频运动的范围内,摩擦耦合的特性变得相对更加复杂,将直接影响管道系统的水锤演化。为了研究在实际管道中水锤的变化情况,本文基于Zielke模型对流固耦合作用(fluid-structure interaction,FSI)4-方程模型(four-equation model,4EM)建立的4-方程摩擦模型(four-equation friction model,4EFM)结合广义不可逆热力学理论(extended irreversible thermodynamics,EIT)进行改进,建立改进4-方程摩擦模型。通过MATLAB软件利用波速调整(wave-speed adjustment,WSA)插值方法的特征线法(method of characteristics,MOC),对新疆生产建设兵团第十三师自压输水管道中的关阀水锤压力进行数值计算,结果表明改进4-方程摩擦模型的计算结果相比4-方程摩擦模型以及其他计算模型与实测值具有更好的一致性,WSA相比其他线性插值方法可以减小插值误差。该改进模型可以应用在计算机中进行长距离重力流输水过程的水锤压力计算。     

黄土丘陵沟壑区坡沟系统切沟侵蚀数值模拟

切沟侵蚀过程既是侵蚀输沙发生变化过程,也是其侵蚀地貌的发展演变过程,为了说明切沟形态随时空演化过程,应用质量守恒原理和理论分析方法,论述切沟侵蚀过程与形态发育模型实现的原理和过程,建立切沟侵蚀输沙微分方程、下切方程,并进行数值模拟.通过模拟计算,得到不同时刻和不同坡长下的切沟底部高程变化数据;经过与坡沟系统模型试验观测结果进行比较检验,沟深平均相对误差在15％以内,取得了较高的模拟精度.这表明建立的模型合理,模拟结果与实际切沟下切的动态变化过程相符,可以用于模拟切沟下切发育过程.     

超临界CO2干燥罗非鱼片的传质模型和数值模拟

为了探讨超临界CO2干燥罗非鱼的机理,该文基于微分床的质量守恒定律建立了超临界CO2干燥罗非鱼片的传质数学模型,通过Matlab软件对其干燥过程进行了数值模拟,分析了干燥室内超临界CO2中的溶质质量分数和罗非鱼片中的溶质质量分数随干燥时间和干燥床高度变化的规律,揭示溶质在超临界CO2干燥过程中的传质模式。结果表明:在超临界CO2干燥罗非鱼片的过程中,溶质传质主要以对流扩散为主,而以轴向扩散为辅;数值模拟的结果与试验值拟合良好(R2=0.97),相对偏差的绝对值在10%以内,说明建立的传质数学模型能较好的模拟超临界CO2干燥罗非鱼片的过程。研究结果可为超临界CO2干制罗非鱼片的工业化生产的过程控制提供参考。     

不同叶顶间隙对斜流泵性能影响的数值分析

斜流泵具有高效,启动特性好,运行工况宽等特点。目前斜流泵设计时,无法定量评估叶顶间隙对性能影响的敏感性。为了揭示不同叶顶间隙值对斜流泵内部流场和性能的影响,给定叶顶间隙选取的范围。分别选取无叶顶间隙和叶顶间隙分别为0.5,1.0,1.5 mm共4种设计方案的斜流泵为对象,基于剪切压力传输模型(shear stress transport,SST k-ω)湍流模型,SIMPLEC算法与块结构化网格,对斜流泵内部流场进行数值模拟和试验验证。结果表明,叶顶间隙为0.5 mm时,可以有效抑制斜流泵的扬程-流量正斜率特性,此时斜流泵的效率值最高;无叶顶间隙时,斜流泵扬程-流量正斜率特性较为明显;叶顶间隙为1 mm时,数值模拟与试验结果吻合较好,SST k-ω模型可较好模拟斜流泵叶顶间隙区流动特征,性能预估结果具有一定的可信度。在小流量工况下,叶顶间隙为0.5 mm可有效抑制斜流泵的正斜率不稳定特性。小叶顶间隙0.5mm时,斜流泵水力性能最优;叶顶间隙增大时,叶顶泄漏流动逐渐显著,叶轮出口近壁区轴面流速和涡量分布规律显著变化,表明叶顶间隙直接影响叶轮轴面速度分布规律和叶片负荷分布规律,由于受壁面摩擦阻力和液体黏滞阻力的影响,叶轮轮毂和叶顶间隙侧的叶轮轴面速度较小;叶顶间隙增大时,叶轮轮毂和叶顶间隙侧叶片负荷急剧衰减,影响叶片的做功能力。同时,叶顶泄漏流动区域与叶片主流区域的掺混效应,使叶片轮缘的低速区扩展到叶轮流道内部的主流区域,引起叶轮流道内部主流流动的堵塞效应,产生二次流动、漩涡等流动不稳定现象。上述研究结果,揭示了叶顶间隙对斜流泵内部流场和性能的影响机理,为斜流泵叶顶间隙的选择提供了理论依据。     

催熟、创新、集成农村能源技术支撑新农村建设

经过多年的发展,农村能源技术水平有了很大的提高,农村能源建设成为新农村建设不可或缺的中心环节。本文初步概括了在新农村建设中对农村能源技术的不同需求和农村能源技术现有发展基础,分析了农村能源技术进步的思路、方法和重点。提出了为实现社会主义新农村建设的重大战略任务,农村能源技术要在现有基础上,发掘潜力,催熟、创新、集成技术和模式,提升技术水平,适应新农村建设的多样式、多层次、多阶段的需要,发挥纽带、推动和支撑作用。     

“生产－生活－生态”农业工程技术集成模式的研究

发展现代农业促进新农村建设已成为中国新时期“三农”工作的中长期战略重点和指导方针。“生产-生活-生态”的研究就是以生产提高为主体、以生态化运行为要求、以生活改善为目标，通过分析新农村建设的功能目标、现代农业工程技术状况、技术集成边界条件特点等，获得5种典型的“生产-生活-生态”技术集成模式。这些模式的应用，可为新农村建设中实现完整、科学的“生产-生活-生态”产业循环提供理论依据和示范模式，不仅有较强的现实意义和可操作性，也将在新农村建设的推进中显示出重要的长远意义。     

孪井灌区包气带水分运移的数值模拟

为防止盆地低洼处出现盐渍化、节约水资源,用数值模拟和田间中子仪试验相结合的方法,研究了内蒙古孪井灌区包气带的水分运移规律.数学模拟结果与田间实测土壤含水率吻合良好.在此基础上模拟计算出漫灌与喷灌条件下不同灌溉量和不同蒸发量对水分运移的影响以及水分随时间在深度上的分布情况,结果表明1200m/hm2喷灌定额下得农田水分无效消耗最小,从而得出节水高产的喷灌灌溉模式.     

Visual MODFLOW在李官堡水源地水流模拟中的应用

数值模拟方法目前是模拟地下水流动和评价地下水资源量的主要技术方法之一。Visual MODFLOW软件具有系统化和可视化的突出特点,因此应用该软件建立地下水系统的数学模型,对沈阳市李官堡水源地的水流情况进行了模拟和预测。模拟结果表明,该水源地为建设项目提供所需的9.8×104m3/d水量是可行的。模型的建立对傍河型水源地的建设和开采水量的预测有一定的借鉴价值。