60米级省水船闸输水阀门段空化特性及防空化措施

通过恒定流减压箱模型试验,针对60米级省水船闸充、泄水阀门段的空化特性进行研究。明确了阀门段空化源,计算不同开度的空化数,获得空化范围、空化形态和空化强度,并提出掺气减蚀的防空化措施,推荐了合理的掺气量。试验结果表明,采用阀门门楣自然通气能抑制门楣及底缘空化、采用阀后突扩体跌坎强迫通气措施能充分抑制跌坎和升坎空化,两项通气措施相结合能够有效解决60米级省水船闸充、泄水阀门段的空化问题。     

船闸输水阀门底缘空化改善措施研究

从提高空化数的角度出发 ,研究了减免阀门底缘空化的措施 ,并比较了各种改善措施的优劣。     

高水头船闸平底廊道反弧形阀门净动水启门力恒定流试验*

通过恒定流试验对平底廊道反弧形阀门净动水启门力进行了研究,结果表明：1）底缘压力下降是反弧形阀门产生净动水启门力的最主要原因;2）各开度下反弧形阀门净动水启门力与孔口水流弗劳德数的平方成线性关系;3）阀门厚度变化对反弧形阀门最大净动水启门力影响较小。     

贵港二线船闸泄水阀门体型研究*

贵港船闸是西江航运干线的咽喉,航运地位十分重要。通过建立比尺为1:15的泄水阀门非恒定流常压模型,对6种动水关门事故工况条件下贵港船闸泄水阀门3种体型的动水启闭力特性进行了系列研究,获得阀门底缘形式、阀门下游侧面板是否封闭对动水启闭力的影响规律：阀门下游侧面板不封闭将使下游河道水位的波动直接传播到阀门门井中,导致阀门启闭力反复波动;当阀门底缘朝下时,底缘斜面压力小,底缘受力主要表现为下吸力,因此对应开门过程启门力大、闭门过程闭门力小;阀门底缘朝上,底缘斜面压力大,底缘受力主要表现为上托力,因此对应开门过程启门力小、闭门过程闭门力大,采用底缘朝上型阀门时,应考虑阀门配重。     

万安二线船闸输水阀门段空化特性及优化措施

万安二线船闸闸室规模较大,水头较高,水位变幅和水力指标均居世界已建单级船闸前列,若不采取有效措施,阀门段空化振动现象将较为突出。通过万安二线船闸输水阀门恒定流减压模型试验,对该船闸阀门段空化性态和临界空化数进行观测研究,并根据阀门后"顶部渐扩+底部突扩"的廊道体型,提出阀门门楣自然通气和跌坎强迫通气的联合通气方法改善阀门空化条件的措施,解决了水头达32.5 m的万安二线船闸阀门段空化难题。     

水力式升船机泄水阀门掺气减蚀措施

针对某水力式升船机调试阶段出现的输水阀门空化和振动问题,通过比尺为1∶10.667的阀门段常压及减压恒定流水力学物理模型,对水力式升船机高水头泄水阀门流量系数、阀后空化形态及特性进行了研究,在此基础上提出掺气减免泄水阀门段空化的工程措施。通过减压试验验证每只阀门掺气量0.1 m~3/s后,阀门段空化噪声基本消除、振动下降明显,掺气措施减免和抑制空化效果显著。     

葛洲坝1号船闸阀门门楣勇气设施原型观测研究

葛洲坝１号船闸为减弱阀门空化，采用阀门门楣加设掺气挑坎的自然通气措施。经原型观测研究表明：加设掺气挑坎后阀门开启过程中，实现了稳定的自然勇气，声振基本消失。顶缝强空化获得抑制。底缘空化强度减弱，启门力及门后压力脉动亦降低，阀门工作条件改善显著。     

基于动网格技术对银盘船闸阀门段体型优化动态仿真研究

采用动网格技术和VOF方法对乌江银盘船闸阀门开启过程进行非恒定流三维紊流数值模拟,采用1min开阀方式分析阀门段水流急变分离的流态和压力的时空演化规律及出现空化空蚀的危险区域和时刻,并对阀门段体型进行了比较优化,最终确定了推荐方案。     

中高水头船闸平面阀门空化与启闭解决方案

平面阀门是船闸常用的输水门型,在中高水头作用下,阀门门楣、底缘和门槽容易产生气蚀空化现象,阀门启闭机吊杆也容易受压失稳。基于输水模型试验,采用自然通气法,解决了门楣、底缘和轨道气蚀问题。门体背板错位开孔并保留"∧"形力流通道,满足自然通气,同时提升了门体强度与刚度、避免形成浮箱,保证了主滚轮及侧止水的安装。利用顶止水后设置尼龙块,延长了顶止水脱离门楣的时间,防止顶部水流过早出现与底部水流干涉,减小压力脉动降低声振。通过底止水上游面设置,降低闭门时的上托力,在不设置配重的情况下,确保启闭机吊杆始终受拉;避免了吊杆受压失稳,以较小启闭力实现阀门的正常运行。     

犍为船闸阀门防空化措施研究

阀门空化问题是高水头船闸设计中最为关键的技术难题。门楣和底缘空化特别严重时,会引发“声振”,“声振”会导致阀门面板及廊道混凝土剥蚀,严重影响工程安全。依托实际工程研究阀门防空化措施,取得了满意的成果。所采用的研究方法及措施具有普适性,可供相关工程参考借鉴。     

基于混合迭代法的二维水翼空泡性能分析(英文)

In order to study cavitation characteristics of a 2-D hydrofoil, the method that combines nonlinear cavitation model and mixed-iteration is used to predict and analyze the cavitation performance of hydrofoils. The cavitation elements are nonlinearly disposed based on the Green formula and perturbation potential panel method. At the same time, the method that combines cavity shape for fixed cavity length (CSCL) iteration and cavity shape for fixed cavitation number (CSCN) iteration is used to work out the thickness and length of hydrofoil cavitations. Through analysis of calculation results, it can be concluded that the jump of pressure and velocity potentially exist between cavitation end area and non-cavitations area on suction surface when cavitation occurs on hydrofoil. In certain angles of attack, the cavitation number has a negative impact on the length of cavitations. And under the same angle of attack and cavitation number, the bigger the thickness of the hydrofoil, the shorter the cavitations length.     

三维水翼片空泡尺度效应研究

针对三维水翼的片空泡尺度效应问题,建立LES湍流模型对三维水翼的片空泡生成情况进行计算研究。模拟了片空泡在一个周期内的生成和脱落过程,空泡计算结果与试验做了详细对比,发现LES湍流模型的计算结果与实验结果吻合较好,能较为完整的显示片空泡的脱落过程。研究了来流速度和模型尺度的变化对片空泡产生的影响,发现速度对初始片空泡数基本无影响,而模型尺度对片空泡的形成和发展有影响,但该影响并不大。在此基础上推导了新的初始片空泡数的尺度效应公式。     

Numerical Study of the Transition Between Reentrant Jet and Twin Vortex Flow Regimes in Ventilated Cavitation

Contrary to natural cavitation, ventilated cavitation is controllable and is not harmful. It is particularly used to reduce the drag of the hydraulic vehicles. The ventilated cavitation is characterized by various gas regimes. The mechanisms of ventilated cavitation are investigated in the present work with CFD based on a 2D solver. The attention is especially focused on the transition between the reentrant jet and twin vortex regimes. The results confirm that the product of ventilated cavitation number and Froude number is lower than 1 (σ_cFr?<?1) in the twin vortex regime, while it is higher than 1 (σ_cFr?>?1) in the reentrant jet regime, as reported in the literature. Further analysis shows that ventilated cavitation is significantly influenced by the natural cavitation number.     

导管螺旋桨叶梢泄漏涡机理研究及一种推迟梢涡空化的方法

文章运用数值模拟研究了导管螺旋桨叶梢泄漏涡机理,并提供了一种推迟泄漏涡空化的方法。通过分析不同间隙时的泄漏涡的空泡数发现,随着间隙增大,最小空泡数发生了位置向下游移动,靠近桨叶吸力面,其数值减小。间隙尺寸影响梢涡空泡数的机理很复杂,可以从三个方面来解释：第一、间隙大小改变了泄漏流动速度,从而影响了泄漏涡水动力参数;第二、间隙大小影响叶梢区域压强分布,泄漏涡压强随之改变;第三、间隙大小改变了间隙内黏流的产生和发展,影响泄漏涡黏性分布。而且叶梢泄漏涡核是导管螺旋桨空泡初生位置。文中研究一种叶梢喷射流方法降低叶梢涡核压降,推迟空化初生,探究了不同喷射速度和喷射间隙高度、喷射角度对泄漏涡空泡数的影响。从模拟结果看,叶梢喷射可以降低叶梢翼型载荷,改善泄漏涡核压强分布,推迟泄漏涡空化。比较不同喷射速度,发现速度越高,越能有效提高泄漏涡核压强,速度足够高时甚至可以“吹掉”涡核;研究不同喷射间隙高度发现,间隙越高,越能有效提高泄漏涡核压强,但由于会降低了叶梢更大区域的载荷,降低了桨叶推力;喷射角度的研究表明,轻微的正向预旋对推迟叶梢空化有利。     

水翼叶顶间隙漩涡空化流动特性研究

采用试验的方法研究了不同空化数下水翼叶顶间隙区域漩涡空化流动的发展变化。试验在闭式空化水洞中进行,采用高速全流场显示技术对空化流场进行观测,并采用图像处理技术对试验结果进行处理,提出空化涡模型,阐述了涡空化的发展规律。研究结果表明:随着空化数的降低,叶顶间隙漩涡空化的发展主要经历如下三个阶段:(I)泄露涡内部空化初生阶段:在水翼中部附近产生游离状空化,向下游运动并迅速溃灭消失。(II)叶顶间隙内部附着空化发展阶段:涡空化逐渐发展并向水翼尾缘延伸,空化涡带呈螺旋状非轴对称旋转;叶顶位置压力面中部附近开始出现片状附着型空化,并体现出强烈的非定常特性。(III)射流剪切层内部空化形成阶段:涡空化延伸至水翼下游;叶顶附着空化充分发展,充满间隙并形成射流剪切层空化,和空化涡带共同形成三角状空化结构。     

船桨干扰定常空化性能数值模拟

文章采用CFD技术计算了船桨干扰定常空化性能。首先计算了不同空化数下的NACA66(MOD)水翼和DTRC4381螺旋桨的定常空化性能,同时预报了KCS船的伴流场、阻力性能和船体表面压力分布。为了验证计算船后螺旋桨空化流的可行性,文中对KCS船和KP505螺旋桨进行了整体考虑,并计算了不同空化数下的船后螺旋桨的空化覆盖面积。计算表明,文中采用的计算方法合理,计算结果与试验结果吻合。     

超空泡回转体减阻特性研究

基于Fluent 6.0的气泡两相流模型对超空泡回转体的减阻特性进行了数值研究.内容包括:外形对阻力及超空泡形状的影响;超空泡控制;阻力系数随空泡数的变化规律;长细比对减阻率的影响.超空泡减阻机理的研究表明:超空泡不仅可以减小回转体的摩擦阻力,还可以减小回转体的压差阻力.在外形、长细比和空泡数以及工程可实现性等诸多因素中,存在着一个最佳组合,使减阻率最高.     

关于通气空泡及其路径数值求解的挑战性问题（英文）

Ventilated cavitation has been successfully employed as ship drag reduction technology and potentially can mitigate flowinduced vibration. The obtained successes were based on solutions of design problems considered in the framework of ideal fluid theory with their following validation by towing tank tests. However, various aspects of the interaction of ventilated cavities with the viscous flows around the ship hulls remain unclear, whereas there is usually no possibility to simultaneously keep the full-scale Froude number and cavitation number in the test facilities. So, the further progress of the application of ventilated cavitation substantially depends on the ability of computational tools to predict this interaction. This paper briefly describes the state-of-the-art computation of ventilated cavitation and points out the most challenging unsolved problems that appeared in the model tests(prediction of air demand by cavities, ventilation effect on ship drag, on hydrofoil lift, and on the propagation of shock waves in cavities).