垂直淹没射流对泥沙冲刷效果影响的试验研究*

为了研究垂直淹没射流中各因素对泥沙冲刷效果的影响规律,利用自行设计搭建的射流冲刷试验系统,基于“半模型”理论进行试验,通过摄像机和图像处理软件得到随冲刷参数EC变化的冲坑形态,以及射流速度、靶距、喷嘴直径对冲坑尺寸的影响规律。结果表明,冲坑深度随冲刷时间的增加先迅速增大、后缓慢增大直至稳定状态,在此过程中,冲坑形状保持几何相似性;冲坑尺寸随射流速度的增加而增加,动态冲坑深度明显大于静态冲坑深度。此外,通过试验得出了使冲坑深度达到最大值的最佳射流靶距。研究结果可为射流清淤的实际工程应用提供参考。     

船舶尾流冲刷作用下抛石基床块石稳定性计算方法研究

船舶尾流是导致重力式码头抛石基床冲刷破坏的重要因素之一,国内港口、海岸工程设计规范中未考虑船舶尾流作用对抛石基床块石稳定性的影响。文章通过总结、对比、分析国外船用螺旋桨射流流速分布研究成果,得到了螺旋桨射流流速分布规律,提出了船舶尾流冲刷作用下抛石基床块石稳定性计算方法,并利用该方法计算并分析了某重力式码头抛石基床块石的冲刷情况。计算结果表明:螺旋桨射流起始段和主体段的流速均可能对抛石基床块石产生冲刷影响,且主体段水流对块石稳定性影响更大,船用螺旋桨桨轴线距基床顶面高度2倍桨直径内的区域可作为船舶尾流冲刷影响区。     

螺旋桨射流对抛石基床冲刷的数值计算

抛石基床遭螺旋桨射流冲刷破坏而危及码头使用安全,是近几年码头检测评估工作中的新问题,国内海港工程设计规范中未考虑船舶尾流作用对抛石基床的冲刷影响。采用计算流体力学软件Fluent建立螺旋桨射流流场三维数值模型,并利用螺旋桨射流流速的理论研究成果对数值模型进行验证。通过数值模拟,研究螺旋桨射流在码头岸壁和基床底面影响下的变化规律,建立了船舶尾流在重力式码头前沿的最大冲刷流速及其位置的经验公式。     

基于Flow-3D垂直射流冲刷数值仿真技术研究

通航浅水区域的水下生产系统可采用沉箱进行防护,沉箱上方回填一定的土体,检修时需将回填土利用非接触式挖沟机冲开。建立三维射流冲刷数学模型是研究防护装置回填土冲开的一项基础性工作。文章利用Flow-3D建立了三维射流水动力与泥沙冲刷模型,并采用清水射流试验数据和射流冲刷试验数据对模型进行验证。数值模拟结果表明,所建立的模型可以较好地反映喷管下射流的水动力条件、泥沙运动与冲刷坑的发展变化规律。随后,将模型应用于检修工况下防护沉箱上方回填土的射流冲开研究,研究表明目前挖沟机的射流强度足以满足回填土厚1 m时的检修工况。     

船舶表面高压水射流清洗实验与仿真

为优化高压水射流参数对水射流清洗效率的影响,选用Mixture两相流模型借助fluent软件对不同压力和靶距下水射流压力场与速度场进行计算,对水射流参数与清洗效率的对应关系进行仿真分析,并使用与仿真相同射流参数开展清洗实验进行验证。结果表明,射流动压与半径随压力、靶距变化明显,射流动压随靶距增加而减小;射流清洗半径随靶距增大而增大、随压力增大而减小且趋于一定值;清洗效率最高的射流参数:靶距70 mm时,最优清洗压力为60 MPa;入口压力为20 MPa时,水射流最优靶距应在30 mm。通过实验观察到不同靶距下清洗半径变化趋势与仿真结果高度吻合。     

水下爆炸射流载荷对平板结构的冲击毁伤特性研究

建立了简化的气泡射流模型,研究射流冲击对船体板产生的毁伤效应,得出了射流速度、射流位置以及射流形状对结构毁伤的影响规律。研究发现射流冲击速度对结构的破坏具有决定性作用,射流形状对毁伤效果亦有较大影响,射流冲击位置对结构的破坏影响不大,以上结论为舰船的防爆抗爆提供了参考。     

淹没条件下水射流喷嘴内外流场特性

基于水射流技术环保、取材方便和切割能力强的特点,提出一种应用水射流切割礁石的方法。通过建立二维平面数学模型,对淹没条件下高压水射流运动特性进行模拟计算。结果表明,射流初始段为冲击速度最大、动压最大且能量最为集中的区域。淹没水深0～30 m内,伴随着水深围压的增加,初始段速度衰减不足5 m/s,衰减程度仅约1. 5%。在水流流速0～5 m/s的淹没环境中,射流初始段受水流冲击作用影响较小,水平方向速度分量变化仅在8. 5 m/s内,射流未发生明显偏离,仍具备较好的冲击流态。     

耙头高压冲水喷嘴流场数值模拟及分析

针对耙吸挖泥船耙头高压冲水喷嘴流场,采用CFD技术进行喷嘴淹没射流数值模拟计算.分析不同喷嘴直径、不同出口射流速度、不同靶距及不同射流喷射角度条件下的射流压力.其他参数不变的情况下,泥面所受到的压力随射流速度的提高而增大、随喷嘴直径增大而略微增加、随靶距增大而减小.喷射角度为90°、60°和45°时,同等射流速度下喷射...     

横流环境中冷却水排放浮升规律

冷却水排放浮升规律对红外隐身的研究具有重要意义。冷却水排放过程可以简化为横流环境中的水平热射流过程,本文在有限体积法的基础上采用Simple算法和Realizable k-ε湍流模型对热射流浮升过程建立三维数学模型,并进行数值模拟。数值模拟结果显示热射流三维浮升轨迹线与文献中的实验结果吻合良好,浮升迹线验证了该模型和方法的准确性。利用该数学模型进一步计算比较了不同流速比和不同环境流速下的浮升规律和温度分布特性,分析得到了流速比和环境流速对热射流浮升轨迹和中心温度的影响规律,为基于红外特征的冷却水排放规律研究提供了理论依据。     

耙吸式挖泥船耙头冲水系统喷嘴布局的优化研究

基于计算流体动力学基本理论,分析水射流冲击硬质黏土过程中产生的冲击压力,比较不同喷嘴间距及排列方式对靶物冲击效率的影响。选取单排和双排流场模型,用Fluent软件进行数值模拟,进行网格无关性验证,发现模拟结果与已有的试验数据对比的误差为5.53%。研究结果表明:合理减小喷嘴间距能够增强高压冲水系统对泥沙的破碎能力,单排排列方式时,喷嘴间距L不宜大于126mm;间距过小,高压水射流冲击靶面形成的回流会削弱射流的发展,降低高压射流对泥沙的破碎效率;间距过大,则会导致靶面上两高压射流之间有压力较低的区域形成沙脊。双排时,喷嘴采用正三角形排列,可有效消除沙脊,且双排交叉排列对靶距变化具有较强的适应性。     

耙吸挖泥船耙头高压冲水喷嘴改进

针对耙吸挖泥船耙头高压冲水垂直冲刷剪切作用效果不明显的问题,对耙头高压冲水喷嘴进行设计及改装。采用梯形耐磨块内安装斜冲式高压冲水喷嘴的方法,增加高压冲水对土质的剪切破坏作用,并对改进前后效果进行分析。结果表明,在射流压力足够大时,该方法能有效剪切泥面,达到泥块脱离泥层的效果,从而提高施工效率,可为类似工程提供借鉴。     

清水冲刷推移质输沙规律研究

根据恒定单一流量和恒定分级流量的清水冲刷水槽试验资料,采用相关分析方法对清水冲刷推移质输沙规律进行了分析研究.获得了有关变量的关系式,可用于预报推移质输沙率和输沙量在时间上和空间上的变化,也可用于预报推移质冲刷剖面在时间上的变化,计算结果与实测吻合良好.通过阶梯流量与恒定流量输沙规律的对比研究,分析认为推移质冲刷平衡剖...     

淹没高压射流垂直切削硬质黏土数值与试验研究

针对淹没高压水射流对硬质黏土进行切削的问题,基于耦合的欧拉-拉格朗日方法,引入射流经过淹没水域发生速度衰减规律,建立有限元模型对切削效果进行分析研究,最后通过室内试验加以验证。该方法集合了欧拉算法和拉格朗日算法的优点,适用于射流和土体之间流固耦合的分析计算,其中,水体采用欧拉算法,土体采用拉格朗日算法,水土的接触面可被精确捕捉。数值结果显示,高压射流作用下,硬质黏土切削深度随切削速度的增大而减小,随射流压力的增大而增大。并与试验结果进行定量对比,两者较为吻合。该模型较好地模拟了淹没条件下高压射流对硬质黏土的切削过程,为解决这一问题提供了新的思路。     

海上风电场风机桩基局部冲刷计算

建设海上风电场时,风机所处的环境十分复杂,在风、浪、流等要素的影响下,风机桩基周围会出现冲刷坑,而风机桩基的局部冲刷深度是工程设计的重要参数.采用胜利埕岛油田海洋平台桩基局部冲刷现场观测资料,对常用的两个桩基局部冲刷经验公式进行验证,并对拟建的风电场工程风机桩基的局部冲刷深度进行计算,计算结果具有一定的参考价值.     

高速高温射流冲击传热特性的数值模拟

射流冲击传热作为一种有效的强化传热方法,射流冲击参数直接影响其传热效果.本文采用数值模拟方法对高速高温射流冲击的传热特性进行了研究,特别研究了喷嘴与冲击面间距离及喷嘴轴线和冲击面间的夹角对其传热特性的影响规律.研究结果对高速高温射流冲击传热特性的理论研究及工程应用都有非常重要的指导意义.     

Determining the Scour Dimensions Around Submerged Vanes in a 180° Bend with the Gene Expression Programming Technique

Submerged vanes are installed on rivers and channel beds to protect the outer bank bends from scouring. Also, local scouring occurs around the submerged vanes over time, and identifying the effective factors on the scouring phenomena around these submerged vanes is one of the important issues in river engineering. The most important aim of this study is investigation of scour pattern around submerged vanes located in 180° bend experimentally and numerically. Firstly, the effects of various parameters such as the Froude number (Fr), angle of submerged vanes to the flow (α), angle of submerged vane location in the bend (θ), distance between submerged vanes (d), height (H), and length (L) of the vanes on the dimensionless volume of the scour hole were experimentally studied. The submerged vanes were installed on a 180° bend whose central radius and channel width were 2.8 and 0.6 m, respectively. By reducing the Froude number, the scour hole volume decreased. For all Froude numbers, the biggest scour hole formed at θ?=?15°. In all models, by increasing the Froude number, the scour hole volume significantly increases. In addition, by increasing the submerged vanes’ length and height, the scour hole dimensions also grow. Secondly, using gene expression programming (GEP), a relationship for determining the scour hole volume around the submerged vanes was provided. For this model, the determination coefficients (R²) for the training and test modes were computed as 0.91 and 0.9, respectively. In addition, this study performed partial derivative sensitivity analysis (PDSA). According to the results, the PDSA was calculated as positive for all input variables.     

圆盘水面弹跳过程运动特性数值研究

本文基于CFD方法对圆盘撞水弹跳过程的运动特性进行了研究,对三种典型撞水运动状态进行了模拟,数值结果与文献中的试验结果吻合良好.基于计算结果,获得了圆盘可以成功弹跳的初始参数组合范围.圆盘弹跳过程中,前方会产生一股射流,其脱离圆盘的射出速度可以达到入水速度的两倍左右.随着圆盘自旋速度的增加,圆盘受到的流体动力逐渐增加,但速度衰减也随之逐渐增加.相对较小的初始倾角和入水角总是有利于圆盘撞水后的弹跳,但过小的初始倾角可能会不利于连续多次弹跳过程.对圆盘连续弹跳过程的数值模拟结果表明,圆盘运动路线并非一直向前,而是受自旋影响运动方向有一定程度的偏转,圆盘第一次撞水弹跳的高度和距离远大于后面几次的弹跳过程.