Oil-Water Two-Phase Flow Inside T-Junction

The oil / water two-phase flow inside T-junctions was numerically simulated with a 3-D two-fluid model, and the turbulence was described using the mixture k- ε model. Some experiments of oil / water flow inside a single T-junction were conducted in the laboratory. The results show that the separating performance of T-junction largely depends on the inlet volumetric fraction and flow patterns. A reasonable agreement is reached between the numerical simulation and the experiments for both the oil fraction distribution and the separation efficiency.     

分流叶片对离心泵内部固液两相流的影响

为了研究分流叶片对离心泵内部固液两相流的影响,建立固液两相流模型,对无分流叶片离心泵和3种带分流叶片的离心泵进行全流道非定常数值模拟。重点分析了添加分流叶片对离心泵外特性、叶片表面压力脉动、叶片表面颗粒体积分数分布、叶片表面颗粒滑移速度的影响。分析结果表明:添加分流叶片以后,离心泵的扬程和效率均有显著的提高,叶片表面的颗粒分布更加均匀,叶片表面颗粒的滑移速度有不同程度的下降,使颗粒对叶片表面的磨损程度得以降低;当分流叶片的进口直径为0.65D2时,叶片出水边处的压力脉动幅值最小,减小了离心泵在运行过程中的振动和噪声。     

带翼片侧向流斜板沉淀池内颗粒沉降过程的数值模拟

采用有限体积法研究了带翼片侧向流斜板沉淀池内水流流动的特性,并计算了带翼片与不带翼片斜板内水流的雷诺数,结果表明加入翼片可以明显降低水流的雷诺数,其数值为不带翼片斜板雷诺数的42%,并采用层流模型计算了两种情况斜板内水流的三维流场分布情况.在此基础上考察了加入稀疏颗粒后,颗粒物的运动轨迹,采用DPM模型进行计算,结果表明,加入翼片后颗粒物沉降的路径缩短,有利于固液分离;随着水流速度的增大,颗粒跟随性增强,颗粒物密度(采用1100kg/m3和1 400 kg/m3进行分析)增大,颗粒沉降性也增强.同时大颗粒粒径也有利于沉淀.     

三维动边界破开算子法不恒定流模拟研究

本文以静水压强假定下的大尺度三维水流方程为基础，对微分方程采用混合破开算子法求解，并引入了透水介质法处理动水边界、自由水面边界和床底边界，将动边界问题转化为定边界问题求解，对大尺度水体中的恒定与非恒定流动进行了成功的模拟计算。     

Y型明渠交汇水流数值计算

针对Y型明渠交汇口的水流特性,应用水深平均-雷诺应力模型,采用交错网格有限体积法离散控制方程以及SIMPLE算法,求解交汇水流的水深-速度场.数值计算结果与物理模型试验结果吻合较好,并据此分析了交汇口附近汇流区的雷诺正应力和剪切应力分布.     

直导叶几何参数对双向泵内流场及水力性能的影响

直导叶因其易于加工而广泛应用于轴流式叶片机械。为研究直导叶内的流动特性及其设计方法,以高比转速双向泵为研究对象,基于全结构化网格,采用SST k-ω湍流模型分析了加直导叶时泵内流动损失机理及直导叶几何参数对泵外特性和内流场的影响,总结了直导叶的设计方法。结果表明:直导叶弦长和叶片数增加会扩大发生流动分离的区域,形成大尺度回流;减小导叶-叶片轴向间距会增大直导叶进口冲角,加大分离强度,因此应在结构强度允许的情况下尽可能减小弦长及叶片数并适当增加轴向间距。研究结果可为轴流式叶片机械的直导叶设计提供一定参考。     

进口速度和颗粒浓度对旋流器分离效率的影响

采用高浓度多相流混合模型并结合雷诺应力方程对水力旋流器内水沙两相流动进行数值模拟,主要探讨进口速度和颗粒浓度变化对水力旋流器分离效率的影响。模拟得到了水力旋流器在进口浓度保持不变的情况下,速度变化引起的颗粒分离效率变化的规律;在进口速度保持不变的情况下,浓度变化引起的颗粒分离效率变化的规律。所得结果对水力旋流器的设计和应用具有指导意义。     

有进出流时单鳃片分离鳃的水沙流场三维数值模拟

利用RNG k-ε两方程紊流模型和简化的多相流Mixture模型,模拟了有进出流时单鳃片分离鳃装置的水沙两相流流场。经分析表明:进出流的设置未破坏分离鳃装置中存在的垂向和横向两种异重流,不影响水沙分离效率,但泥沙大量淤积在分离鳃底部,未能及时有效地排出。     

水流交汇区的水动力学特性数值模拟

为开展水流交汇区污染物浓度分布研究,进行水流交汇区水动力学特性的数值模拟,建立适用于水流交汇区的水气两相流数学模型。模型采用Weber试验数据进行验证,验证结果表明模型模拟的自由水面、流场与试验结果吻合较好。针对交汇区浓度分布试验的研究需要,模拟分析了不同交汇角、流量比和动量比对交汇区水动力学特性的影响。研究结果表明:分离区的范围随交汇角、流量比和动量比的减小而逐渐缩小直至分离区消失,交汇角、流量比和动量比越小,交汇口上游水位的壅高及分离区内水位的下降程度越不明显。     

有加强肋板的三岔管水流数值模拟及水头损失研究

结合西龙池抽水蓄能电站，对有加强肋板结构的三岔管内水流进行数值模拟及物理试验研究，采用SIMPERC方法求解三维紊流方程，选取不同的肋宽比进行数值模拟，得到分岔管水头损失系数随肋宽比变化的规律，较好地复演了三岔管管内水流的运动，能满足工程实际需要，并通过物理模型验证了所用数值方法的合理性和计算精度。     

横流中有限长线源型倾斜正浮力射流特性的数值研究

本文利用混合有限分析法及交错网格的思想,对横流中有限长线源型倾斜正浮力射流进行了数值计算,成功模拟了端涡现象及其发展过程,比较了倾角为60°倾斜浮力射流与垂直浮力射流轨迹线上的温度和稀释度,还得出了浮力射流是否发生贴壁现象的界限值。     

明渠岸边横向取水口的三维数值计算

本文是在明渠岸边横向取水口的试验研究基础上的配套数值模拟。采用雷诺平均的N—S方程，以各向异性的雷诺应力模型(RSM)封闭方程组，用SIMPLEC算法对压力—速度场求解。计算结果与试验实测结果吻合较好，反映了此项模拟的可信性，可籍以扩大、分析一些运动规律。数值计算结果启示了横向取水口水流的复杂三维流动特性，据之对取水口附近水流各区的划分、水流的分离和反向流动、螺旋流以及床面剪应力的分布等复杂水力和泥沙输移物理现象有了进一步认识。     

汽缸活塞内润滑油流动的数值模拟

根据长期试验研究了解到,汽缸活塞环内润滑油的流动与单相空气流动问题有很大的关联,气流涡动位置预示着油粒位置。本文通过单相流来研究汽缸活塞滑动模型内的润滑油的流动。利用商业CFD软件对简化的汽缸活塞滑动模型内的润滑油的流动进行数值模拟。通过计算获得涡的位置来判断油滴形成的位置,与相应试验结果比较,结果是可信的。可替代过去需要采用复杂昂贵的试验来估计油滴形成的位置(即有涡的地方)、滑油的耗损等重要指标。     

泵站前池导流板整流措施数值模拟研究

针对前池流场是具有强紊动的自由表面流动的特点,CFD数学模型应用VOF方法,采用Realizablek-ε的紊流模型。以导流板设置位置、倾斜角度与板下悬空高度为因子拟定多个数值试验工况,通过数值模拟分析比较整流效果,给出了较合理优化的导流板布置方案。     

太原盆地地下水数值模拟

在分析太原盆地松散沉积层水文地质条件及钻孔资料(343个)的基础上,确立盆地地下水三维流动特征,建立太原盆地松散沉积层的地质结构模型、地下水的三维流动数学模型,应用数值模拟方法再现了太原盆地地下水流动的时空变化规律。结果表明,太原盆地地下水多年平均补给量在8亿m3左右,近10年每年平均超采量在0.8亿m3左右。     

高地应力区层状围岩斜竖井施工爆破数值模拟

为了解决层状围岩爆破开挖断面难成形以及层状围岩在爆破开挖时的超、欠挖的问题,运用三维有限元的分析方法,对布仑口-公格尔水电站斜竖井围岩进行了数值模拟分析.通过对掌子面周边围岩观测点数据分析,得出地应力对爆破震动的一些影响,以及层状围岩圆形断面隧洞最危险的破坏发生区和爆破震动波的传播规律,并对层状围岩圆形隧洞爆破超挖给出具体的建议,为层状围岩爆破开挖的施工和设计提供了参考思路和依据.     

浑水水力分离清水装置柱体高度对流场影响的数值模拟研究

基于Fluent软件对浑水水力分离清水装置的流速场进行数值模拟,分析了柱体高度对装置速度场的影响。结果表明:随着柱体区高度的增加,切向速度衰减,无法产生1 cm.s–1数量级的切向速度,并使得正向轴向流速增加,不利于泥沙沉降。当柱体区高度较小时,中心轴线两侧均存在明显的循环涡流,产生的回流将会降低泥沙颗粒向装置顶部清水溢出口流动的可能性,其径向速度数量级非常小,无明显特点。为了在装置内形成良好的弱旋流场,装置高度不宜过高,建议径高比在0.7～0.8之间。     

人工鱼礁开口比对流场效应影响的三维数值模拟研究

采用CFD技术,模拟得到了开口立方体人工鱼礁绕流的三维水流场。通过速度场模拟结果分析,揭示出了流场效应随开口比变化的规律:1上升流最大速度与来流速度的比、上升流平均速度与来流速度的比、以及上升流最大高度与礁体高度的比均随开口比的增大而降低;2背涡区的尺度随开口比的增大而显著降低,当开口比为0.1和0.2时,在礁体背流面后端形成尺度较大而速度很小的尾涡区,而当开口比为0.5和0.6时背流面后端已无明显旋涡区。此外,模拟结果也揭示出上升流特性参数和速度场分布图案几乎不受来流速度大小的影响。     

水轮机活动导叶关闭过程中导水机构内动态流场数值模拟研究

水力机组在暂态过程中诱发的强瞬变流是一种复杂的非定常湍流,对机组安全稳定运行具有重要影响。为了探索水轮机活动导叶动态调节动作诱发叶后强瞬变流对机组暂态特性的影响,本文应用模拟流固耦合动态效应较好的浸入边界法和大涡模拟技术来处理该类强非线性动边界流体动力学问题。首先,精细模拟槽道内两级线性排列动静叶栅动态绕流叶后压力和尾迹结构分布,由于受到固定导叶和活动导叶动静干涉的影响,其下游流场表现出复杂的非定常流动特征。随后完成了水轮机导水机构两级非线性环列叶栅动态绕流的模拟,展现了水轮机导叶调节运动的关闭过程。该方法可用于水轮机流道内多级翼型叶栅绕流的精细模拟,为研究水轮机调节振荡对机组暂态性能的影响提供有益的参考,对耦合上游管道系统水力暂态和水轮机三维暂态效应的研究也有指导意义。     

复杂边界水流数学模型的斜对角笛卡尔方法

在水流数值模拟中，对不规则边界的处理一直是人们关心的问题。本文所介绍的斜对角笛卡尔方法是在直角坐标系下发展的一套处理复杂边界的新方法，它具有拟合精度高、处理简单、计算高效等特点，较之传统采用的锯齿法及贴体坐标法有其独特的优点。该方法被应用到福建泉州湾潮流实际计算之中，取得了满意的结果。