两相流动中流固两相耦合阻力的数值估计

本文从纳维-斯托克司方程出发,用有限差分法计算粘性流体绕三维均匀正方排列无穷球点阵的流动,以图估计两相流动中颗粒体积率和颗粒雷诺数对颗粒阻力的影响。计算中使用了贴体坐标数值网格生成方法。计算结果和实验结果、经验公式作了比较。考虑到真实两相流动的复杂性及本文采用的力学模型的理想性,可以认为两者吻合较好。     

固液两相流浓度测量方法探讨

主要对浑水浓度的分类、定义及相应的测量和标定方法进行了理论分析和实践探索。由于固液两相流中存在悬浮固体颗粒和液体的相对运动,本文提出了在不同测量断面上固体颗粒的动态体积浓度不同的理论推断,并指出了动态体积浓度和静态体积浓度的区别,对固体颗粒的流量浓度和动态体积浓度的物理意义和特点进行了系统的分析和比较。流量浓度与动态体积浓度不同,在有压流动系统内,各测量断面上的流量浓度均保持不变。此外,还对静态体积浓度、动态体积浓度和流量浓度的测量方法进行了探讨,提出了一种通过测量浑水密度间接测量泥沙浓度的新方式。并对几种自动测量动态体积浓度的方式存在的问题进行了分析,指出了引水到系统外测量的动态浓度是流量浓度,介绍了超声波浓度仪的静态标定方法。     

稀薄气—固两相流中相间的相互作用模型

本文以稀薄气－固两相湍流流动为研究对象，推导并模化了考虑固体颗粒存在时，气相的湍流模型方程，在拉格郎日方法中实现了气－固两相间动量、湍动能的相互作用。尤其是提出当量密度及当量耗散系数两个概念后，使模型方程的型式等同于标准Ｋ－ε模型，很适合工程应用。而气相对粒子湍流扩散的影响则由类似于布朗粒子扩散的Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ方法来描述，实现了对确定性轨道模型的修正。最后，对颗粒在网格后均匀湍流中的扩散规     

固液两相流中颗粒浓度分布统一公式的研究

在固液两相流中,固体颗粒的浓度是随高度的变化而变化的,为表征这种变化,倪晋仁等提出了一个积分形式的浓度分布统一公式。该公式虽很有意义却并未有人给出解析解。通过使用变量代换和分解等数学手段,首先对统一公式进行求解,得出该公式的解析解,然后利用已有的实验数据和数值手段计算出公式中参数n的值,初步总结出影响n值的主要因素。     

密相液固两相流动的数值研究

本文推导了适用于考虑浓度变化影响的密相液固两相流动数值计算的ＤＩＰＳＡＲ算法，对竖直上升管中密相液固两相流动进行了数值计算，计算值与实测值较为符合。     

固液两相湍流和颗粒磨损的数值模拟

基于两流体模型，建立了固液两相流中更一般的Ｋ－ε双方程湍流模型，模化了固相和液相的连续方程，动量方程及Ｋ方程和ε方程，在这些模化方程中，考虑了固液两相间的滑移，颗粒间的作用及相间作用，使用本文所建立的流模型和粒磨损模型，可 液两相湍流中的流动特性和颗粒对过流部件的磨损率，本文给出了一水轮机导叶在含沙水流中的过流特性及磨损情况的数值模拟，预测结果与实验结果比较一致。     

水平方管内固液两相流运动特性数值模拟

将周力行建立的k-ε-kp两相湍流模型引入固液两相流的研究中,对水平方管内挟沙水流固液两相的时均特性、脉动特性以及颗粒密度分布进行了数值模拟。将计算结果与k-ε-Ap模型、动理论计算结果以及物理模型试验观测结果进行了比较,发现k-ε-kp模型数值计算和物理模型试验观测结果的一致性较好;和kεAp模型相比,由于考虑了颗粒相的湍动特性在固液两相流中的作用,k-ε-k-p两相湍流模型可以得到颗粒的脉动速度分布;和动理论相比,k-ε-kp模型无法准确地预测固相的垂向脉动速度,需要引入各向异性的两相流模型。     

固液两相流中固体颗粒的垂直分选机理

在结构两相流的总体框架内，基于对单个固相颗粒受力的分析和对多颗粒条件下颗粒之间的相互作用，本文对液体流动特性进行了简化，采用固体颗粒在水流中运动的垂线分选模型，对各种颗粒浓度条件下的垂直分选特征进行了讨论。结果表明：随着颗粒浓度的增加，颗粒的分选过程加快，颗粒向上聚集的倾向加强，分选的结果会形成明显地在垂直方向上显示出反粒序分布。当颗粒体积浓度超过0．3以后，粗颗粒较细颗粒具有更大的向上聚集的倾向；当颗粒浓度接近极限浓度时，会出现颗粒分选速度的反常变化，说明分选模型在这种情况下失效。文中还通过常见的三种液相速度分布，分析了不同速度分布剖面对分选结果可能产生的影响。     

固液两相流中颗粒受力及其对垂向分选的影响

在不同颗粒浓度条件下,通过考虑颗粒之间的相互作用,对固液两相流中的颗粒受力进行了分析。采用拉格朗日方法对颗粒在一维两相流中垂向运动过程进行了模拟。根据两相流中颗粒分选达到准稳定状态时的分选特征,探讨了作用于颗粒的各种力对颗粒的各种力对颗粒运动和分选结构的影响。推导出颗粒受力与颗粒分选机理之间的关系。     

方管内固液两相流时均运动特性的数值研究

应用三维κ-ε-Ap两相湍流模型对垂直和水平方管内挟沙水流的固液两相时均运动特性和颗粒浓度分布规律进行数值研究,讨论了颗粒平均粒径和水流流速对固液两相流时均运动特性和颗粒浓度分布规律的影响。数值计算结果和试验实测结果吻合良好,准确得到了方管内固液两相流的时均运动特性。     

排沙漏斗三维涡流水流结构

本文首次从数值模拟及模型试验两方面研究了排沙漏斗三维涡流的清水流场水流结构．针对排沙漏斗流场边界的复杂性,作者首先利用三维贴体坐标变换建立了曲线坐标系下的ＮＳ方程及边界条件．选用协变速度分量为独立变量,成功地解决了压力速度耦合问题．其次,利用激光多普勒测速仪（ＬＤＡ）对排沙漏斗三维流场进行了测试研究,计算结果与实测流场较为符合．     

网栅后湍流流动的LDV测量

本文应用ＬＤＶ技术对方管内网栅所形成的湍流流动做了详细测量，获得了管内不同位置湍流流动沿流动方向的衰减规律及网栅后不同距离处方管各断面上的速度及脉动速度分布情况。     

气—固两相流边界层双向耦合模型及其应用

本文提出了一种稀相的气－固两相流边界层的双向耦合模型，在对固壁附近的粒子源项作子特殊处理后，利用此模型研究了流经平面叶栅的气－固两相流中的固体粒子越边界层时受到的影响以及粒子存在对边界层内气体流动的反影响。其中粒子运动特的计算结果与试验进行了对比分析。     

45~#钢在含沙氯化物两相流中的磨蚀性能试验研究

为了研究泥沙特性与NaCl浓度对45#钢材料磨蚀的影响及机理,采用超声振动空化装置配合自主研发的泥沙搅拌装置作为磨蚀试验设备,对45#钢材料进行磨蚀性能试验。运用失重法对比分析了相同磨蚀条件下有、无NaCl时的磨蚀量大小,并探讨了各自的磨蚀机理。研究结果表明:NaCl的加入对于45#钢材料磨蚀性能有较大的影响,且其磨蚀影响存在某个特定的门槛浓度。当NaCl浓度小于3. 5%时,材料磨蚀量增加速率较大,超过3. 5%后增加速率趋缓。45#钢磨蚀过程存在的临界泥沙粒径在0. 05~0. 07 mm之间。NaCl的加入引起的泥沙颗粒对金属的力学磨蚀作用与NaCl对金属的电化学腐蚀之间的协同作用大于由于水体黏滞性引起的细颗粒泥沙对金属磨蚀的抑制作用。研究成果能够为优化设计水轮机体型提供依据,对电站在合适的工况下正常运行和维修具有指导意义。     

轴对称管内活塞下游的分离流测量

采用二维激光多普勒测速仪,对管内活塞下游的分离区流场进行了速度和湍流度测量。获得了轴向和切向上的时均速度及湍流度分布,对于本文雷诺数为3.46×10~6的情况,回流区长度为活塞直径的1.16倍。     

用原型允许流速模拟岩基冲刷方法的探讨

根据岩基的抗冲能力,用原型岩基的允许流速换算成模型流速后作为起动流速的方法,来选择模型冲料粒径．提出选择模型冲料粒径时可用式V=8√D计算,并用工程实例进行了验证．     

冲动式透平平面叶栅内气－固两相流动的试验研究

本文利用高速摄影和图象处理技术真实地再现了平均粒径ｄｐ＝７００μｍ的固体位子流经冲动式透平平面叶栅的瞬间过程，分析了粒子在叶栅内的运动轨迹及其在叶栅内的浓度和速度分布特性。文中还对沿叶栅表面分布的纯气流压力和气相压力进行了测量。结果表明：粒子的尺寸和初始位置对粒子在叶栅内的运动轨迹有很大影响；在粒子与叶片碰撞比较频繁的部位附近，粒子相互聚集，形成粒子聚集区，在此区域内，粒子的浓度比较高，粒子的速度更为复杂；在粒子聚集区附近，气相压力相对纯气流压力的变化值比较大。     

粘性泥石流的输沙浓度与运动速度

作者通过泥石流运动机理分析,并引用我国粘性泥石流流速的野外实测资料统计,得到能反映泥石流特性的粘性泥流速度公式,这一结果通过我国西南地区各粘性泥石流沟的实测资料检验,表明具有一定的实用价值。     

新型在线泥沙粒度与含沙量测控系统设计

为了实现河工模型试验中泥沙粒度级配的在线实时测量与含沙量控制,设计了新型在线泥沙粒度与含沙量自动测量控制系统。采用了在线湿法超声波粒度分析仪（OUPS）,并结合新型潜水排污泵等先进辅助设备,构成了两种泥沙自动控制系统,即“OPUS及循环管道含沙量自动控制系统”和“OPUS及螺杆泵含沙量自动控制系统”。简要介绍了在线超声波粒度分析仪的测量原理与性能,以及自动测量控制系统的测控原理与设计要点,为河工模型提供了先进的泥沙颗粒分析与含沙量自动量测控制试验平台。