叶轮级数对一种潮流水轮机水动力性能的影响研究

为了进一步提高潮流能水轮机叶轮的能量捕获性能(获能效率),对一种多级获能潮流水轮机叶轮进行了研究。利用ANSYS16.0 中的CFX流体仿真模块对一种潮流水轮机的叶轮级数进行了数值计算,对不同级数的叶轮进行水动力性能模拟,考察一、二、三级叶轮在不同流速下呈现的速度、压力分布以及流场压差变化情况,并通过样机实验进行了验证。结果表明,叶轮级数的增加可以提高轮机对水流能量的捕获性能；就各个流速工况下的整体获能系数而言,三级叶轮最佳,但启动性能有所下降,三级叶轮启动流速在0.75m/s左右；三级叶轮的最优水速在1.5m/s左右,理想状态下获能效率可达51%上下。     

滑油压力控制阀流动特性分析

本文采用理论计算与数值仿真方法对滑油压力控制阀进行细致的流动特性分析。在给定流量或给定进出口压差条件下,通过对不同开度下阀内流场的分析得出:进出口压差确定时,流量与开度基本呈线性关系;流量确定时,进出口压差与开度呈四次曲线关系。二级节流降压有效地减小阀内滑油的压降与湍流度,防止滑油发生空化、乳化现象并减小滑油对滑阀的冲蚀。     

深海采矿全流向试验设施造流仿真研究

为优化深海采矿试验设施造流区域流速分布，采用计算流体力学软件对试验设施的造流测试区进行了二维模拟。模拟结果显示：7台送水水泵，7台回水水泵的方式，能够在圆形试验设施中央10 m×10 m范围内形成0.25 m/s和0.05 m/s平均流速的测试区，并且两种工况下的湍流强度都可以控制在10%以下。通过研究可得出结论：采用中间流量稍小，两侧逐渐增大的造流方式，可在圆形试验区中央区域形成从0.05 m/s～0.25 m/s范围内的水流速度，均匀度可控制在±10%以内，且湍流度可控。     

从江航电枢纽泄水闸开启方式优化研究

利用从江航电枢纽整体物理模型,研究986 m3/s、1 536 m3/s和3 200 m3/s等三级控泄流量时,闸门开启高度、闸门开启顺序对枢纽下游水流条件的影响。重点分析观测的各方案枢纽坝下流速流态和下游船闸口门区及连接段的表面流速,得出该流量级泄水闸开启的优化方式。流量较小时,泄流闸开启孔位对下游河道水流条件有较为明显的影响;当流量较大时,泄水闸开启孔数增多,相应孔位的不同对下游河道水流条件影响作用减弱。在控泄流量时,泄水闸开启以分散开启或全开方式较好;既便小流量时,因电站出流的影响,泄流闸也宜采用分散开启方式。     

泻湖通道口门处新建码头工程对潮流场的影响研究

本文以海口港马村港区为研究对象,通过物理模型试验的手段,分析研究在花场湾泻湖通道口门外通过回填陆域形成码头的方案建设对流场、航道水流的影响情况,着重分析其对泻湖通道通航环境的影响大小。研究结果表明:进港主航道内平均流速在0.28~0.59m/s间,最大流速为0.59m/s,航道最大横流为0.11m/s;泻湖口门处通道由于受新建码头影响流速减小,出流期最大流速为0.50m/s,进流期最大流速为0.47m/s。潮段平均流速出流期为0.30m/s间,进流期为0.34m/s间,较现状均有所减小。     

小流向角下的30万吨级油船水流力试验

现行的《港口工程荷载规范》没有体现出小流向角对船舶水流力的影响,而船舶水流力的变化与流向角及流速密切相关。为精细化研究小流向角及流速对系泊船舶的作用力影响规律,基于物理模型试验,研究流速为1. 0、1. 5、2. 0 m/s,流向角θ为0°～15°的条件时30万吨级油船的船舶水流力的变化规律。结果表明,纵向力和横向力均随着流速的增大而增大;当流向角θ为0°～15°时,纵向水流力与使用规范公式的计算结果吻合较好,横向水流力的试验结果约为计算值的2倍。     

冰水两相流对海水管道冲蚀磨损特性数值模拟

针对海冰对海水管道的冲蚀磨损问题,利用fluent中的湍流模型、离散相模型、冲蚀磨损模型对水平直管和90°弯管进行冰水两相流数值模拟,分析在不同水流流速、颗粒质量流量、颗粒直径、冲蚀角度条件下管道的磨损特性。计算结果表明,冰颗粒质量流量增加使直管和弯管磨损增大;随着颗粒直径的增加,直管的磨损增大,弯管的磨损减小;弯管磨损最严重的位置发生在弯管转角处和下游管路的壁面处,而水平直管的上下部均有磨损。     

引江济淮跌水工程汇流口通航条件三维数值模拟*

基于VOF法的RNG k-ε双方程紊流数学模型,对引江济淮工程韩桥跌水工程水流压强特性及下游通航水流流态进行三维数值模拟,对消能效果进行分析评价,并根据原布置方案的流速分布情况以及水流特性,对方案进行调整优化。结果表明：韩桥跌水工程原布置方案,在支流20 a一遇和5 a一遇流量通航工况条件下,汇流口横向流速值均不符合规划值要求,最大横向流速0.46和0.35 m/s;优化后的工程方案消能效果良好,汇流口区域横向流速与回流流速均满足设计要求,5 a一遇不利通航工况和20 a一遇设计通航工况最大横向流速分别为0.13和0.25 m/s,可作为推荐方案。     

曹娥江清风枢纽船闸闸下流态研究

曹娥江新建清风枢纽船闸东侧将原翻板闸拆除,改建为10孔泄水闸,泄水闸东侧为清风枢纽电站,船闸下游河道缩窄导致泄水闸和电站下泄水流对船闸下游引航道流态造成不利影响。采用整体物理模型试验研究不同流量和泄水闸开启方式对船闸下游引航道的影响。试验表明：当河道流量大于850 m3/s时,无论采用何种泄水闸开启方式都无法使船闸下游引航道流速满足规范要求;当河道流量小于850 m3/s时,采用所有闸门均匀开启的方式均有利于减弱泄水闸下游回流强度,同时使引航道流速满足规范要求。     

钱塘江中上游山区河流挖入式港池布置及进出港通航水流条件

钱塘江中上游山区河流岸线资源有限,为提高岸线利用率,拟布置挖入式港池。针对河道流量大、流速快、港池口门通航水流条件差等问题,通过物理模型及船模试验,对山区河流挖入式港池的布置和通航水流条件进行研究。结果表明,从通航角度考虑,港池轴线与水流方向的夹角宜尽可能小,港池内制动段最大回流流速不宜超过0. 40 ms,口门区内的最大回流流速不宜超过0. 50 ms,最大横向流速不宜超过0. 80 ms。     

山区河流船闸引航道连接段通航水流条件标准

结合嘉陵江苍溪、新政、金溪、凤仪场枢纽等实际工程，通过水工模型试验和船模试验相结合的方法对船闸引航道口门外连接段通航水流条件标准进行了初步探讨。研究结果表明，由于船闸引航道口门外连接段出现回流的几率低，其水流条件主要由纵向流速Vy和横向流速Vx控制，对于山区河流Ⅳ级航道，当连接段布置在主航道一侧时，其水流控制指标Vy≤2.6m/s.Vx≤0.4m/s时.船舶通过连接段进出闸的航行状态均较好。     

赣江尾闾南支枢纽通航水流条件数值模拟研究*

拦河枢纽的施工和运营将显著改变河道的水流条件,对通航产生潜在的影响,因此有必要对枢纽工程不同时期的通航水流条件进行研究和评价。以赣江南支枢纽工程河段为研究对象,建立南支河段二维水动力数值模型,模拟施工期和运营期的河道水动力过程,分析枢纽工程对航道通航水流条件的影响。结果表明：各时期航道内流态相对平顺,不会对通航产生不利影响,在大部分流量工况下水流条件均满足通航要求;仅在施工一期10 a一遇工况下,临时航道有部分区域流速超过赣江航道通航流速控制指标（2.00 m/s）,长度约为2 000 m,流速最大值为2.54 m/s;在施工二期、运营期,河段航道内水流条件均满足通航要求。研究结果可为赣江南支枢纽通航安全和运行调度提供参考。     

水下悬浮圆管在水流作用下的水动力响应试验研究

采用物理模型试验方法,对三维弹性悬浮圆管在水流作用下的动力响应问题进行了尝试性研究。试验给定管道以不同的轴向力,测定了管体加速度。分析其随水动力要素(水流流速)规律,试验结果表明:约化速度大于1.1时,管体加速度振幅随流速增加而显著增加,管体将发生水平的振动。     

沪通长江大桥桥墩布设水动力特性试验研究

沪通长江大桥横跨长江河口段的南通水道和天生港水道,该河段收径流和潮流共同作用,水流条件复杂。采用物理模型研究了工程河段水流特性,并重点分析了桥位断面流速、流向及单宽流量等。研究表明:桥位断面最大流速出现在南主墩所在的主槽附近,上游流量越大、下游潮汐越强,桥位断面处流速愈大;平常水文条件如98大洪水下条件下的水流不会对桥梁产生大的不利影响。但如果出现100a、300 a一遇极端水文条件,南主墩附近最大落潮、涨潮流速在3.7 m/s和1.3 m/s以上,在这种较强的双向水流作用,南主墩处会出现较大局部冲刷,同时施工时巨型钢围堰受到的水流作用远较桥墩要大,这对桥墩布设及其防护、施工围堰的设计和围堰安全提出了很高的要求。     

船用流量平衡阀声学性能仿真预测研究

应用Solidworks软件对某型船用流量平衡阀流道结构进行优化设计,首先将几何模型导入Fluent软件中进行压力场和速度场仿真分析计算,获取改进后的阀体三维模型。进一步利用Ansys软件和声学分析软件LMS预测了流量平衡阀在不同工作压差和阀芯位移下流道的噪声和振动特性曲线,分析结果表明:阀体噪声和振动随着工作压差和阀芯位移的增加而变大。本文对于冷水系统各类阀件减振降噪设计具有一定的指导意义。     

嘉陵江中游航电枢纽最高通航流量分析

结合新政、金溪和凤仪场等航电枢纽,用水工模型试验和船模试验相结合的方法对嘉陵江中游航电枢纽最高通航流量进行分析。嘉陵江中游为Ⅳ级航道,其枢纽设计最高通航流量为3 a一遇洪水对应的流量,但嘉陵江为典型的山区河流,其最高通航流量受通航水流条件的限制往往达不到上述规定。试验研究结果表明,新政、金溪和凤仪场枢纽保证船舶安全航行于口门区的最高通航流量均为8 000 m3/s。该结果可为嘉陵江中游航电枢纽统一调度运行提供借鉴。     

京杭运河苏北段溢油扩散数值模拟研究

基于Mike21/3SA模块建立京杭运河苏北段溢油扩散数学模型,预测溢油突发事故油膜漂移轨迹和扩散范围。研究结果表明:水动力场、风场对内河溢油扩散有着重要的影响;流速对油膜的漂移过程起主导作用,油膜移动速度随着水流流速的增大而增大;不利风向作用下,油膜下游漂移影响范围明显增大;一旦发生漏油事故,应及时监测溢油河段水流状况与气象条件,及时采取应急救援措施。     

叙泸段河道非恒定流作用下水力参数的变化

金沙江与岷江干支流上水电站调峰发电下泄非恒定流引起下游叙泸段河道水流条件显著变化。结合一维非恒定流数学模型和实测资料分析研究叙泸段河道内代表性非恒定流传播过程及其造成水力参数相对于概化恒定流条件时的变化情况。结果表明:叙泸段河道内典型非恒定流波长为218 km,传播速度3 m/s;随着传播距离增加波衰减幅度减小,波形变得光滑;当宜宾水位处于波峰时,下游沿程流量呈现递减趋势,波谷则正好相反;相对于恒定流条件,其流量变化范围为0~730 m3/s,水位抬升0.5~2 m;断面平均流速变化在-0.5~0.2 m/s,比降变化范围为-0.2‰~0.2‰,比降最大值为1.38‰。     

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。     

海底水力输矿管固液两相流的数值模拟

传统的固液两相流数值模拟方法是将固体颗粒(和液体)作为高密度的液体流处理,这只适用于固体颗粒非常细小的情况如粮食输送、泥沙输送等。对海底采矿的水力输送问题,由于固体颗粒相对于水粒子非常庞大,再作为传统的固液两相流处理不科学。本文对矿石颗粒采用离散元方法、对水粒子采用Fluent方法,并将两者耦合进行固、液耦合流在竖向弯管的流动特性研究,考察了不同入口流速下流体的运动规律和矿石颗粒的运动规律和分布规律。结果表明：由于矿石颗粒堆积在管道底部,导致管道内顶部的水流速度大,底部的水流速度小；随着水流速度的降低,矿石颗粒的堆积效果也更加明显；同时存在某一特定速度,使得其开采效率达到最大。