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-k p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。     

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。     

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。     

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。     

水石流的输沙浓度与流动速度

自然界水石流以粗颗粒为主体 ,仍有一部分作悬移运动的细颗粒存在 ,这种情况下 ,水石流输沙浓度不仅与沟道纵坡有关 ,还与细颗粒含量有关。研究表明 ,水石流中细颗粒的存在 ,其输沙浓度比相同纵坡下没有细颗粒时有很大提高。由于水石流中细颗粒所占比重小 ,故其液相流速可以通过对一般水流流速公式的阻力因子进行修正获得。水石流的流速随其浓度增加而减少 ,在相同浓度下 ,水石流流速还因细颗粒含量大小而变化 ,在浓度较低时 (Sv <0 4 5 )影响还不明显 ,在浓度较高时 (Sv>0 4 5 ) ,细颗粒含量增加 ,使同浓度水石流的流动速度提高。笔者求得的水石流流速公式 ,经实际观测资料检验 ,结果满意     

泥沙群体颗粒平均粒径及平均沉速计算方法的修正

对泥沙群体颗粒的平均粒径、平均沉速的原计算方法进行了分析研究，指出了原计算方法存在的问题和不足。从平均粒径、平均沉速的计算原理和数学的角度以及泥沙粒度分布的实际情况，对现行的计算方法进行了修改，并提出了新的泥沙群体颗粒的平均粒径、平均沉速的计算公式；某些修改建议已在长江水利委员会的泥沙颗粒分析工作中得到推广应用。     

两相流中颗粒对连续相湍流的影响及计算模型

对于两相流中由于颗粒存在会增强或减弱连续相湍流强度的实验现象,本文提出了一种改进型k-ε模型,对轴对称气—固射流进行的计算能在模拟该现象方面有明显的改进。     

排沙漏斗切向流速分布规律的研究

经过多年的理论与实践研究，螺旋流排沙的原理与效果已被广大水利工作者所认同，但对其水流结构的研究成果并不多见。本文首先对排沙漏斗水流结构中最重要的部分，即切向流速分布规律进行了理论分析，然后利用激光多普勒测速仪对其进行了测试研究，为全面研究排沙漏斗水流结构提供了重要的参考依据。     

水流含沙量和流速对水轮机磨蚀性能的影响

水流含沙量和流速是影响水轮机磨蚀性能的非常重要的两大因素,其影响规律对水轮机磨蚀的防治有很重要的理论意义和参考价值.采用黄河原型沙,通过试验研究不同泥沙含量和不同水流流速条件下水轮机材料的磨蚀外貌、磨蚀失重量和磨蚀失重率.通过对试验结果进行定性和定量分析,得到水轮机磨蚀与水流含沙量、磨蚀与水流流速之间的关系,并得到数学回归式,找出水轮机磨蚀的基本规律,为多泥沙河流水轮机的参数选择与磨蚀防治提供了依据.     

粒子图象测速技术及其在垂直进水口漩涡流场中的应用

本文通过粒子图象测速技术的改进，提出了数字可调脉冲光照和象增强技术，实现了在低功率激光照明下获得高象的流动图象，从而提高流速测量的范围和精度。     

垂直螺旋管道内单颗粒运动受旋转科氏力影响的试验研究

通过对垂直螺旋管道中单颗粒运动进行试验,采用单颗粒动力学模型对其受旋转科氏力影响的特性进行了分析.结果表明:颗粒在运动过程中主要受到离心力、有效重力、旋转科氏力及阻力的作用.颗粒速度与水流速度之比λ和旋转科氏力与离心力之比ζ存在明显的指数关系.当λ=1时,颗粒所受旋转科氏力为零;当λ＞1时,颗粒所受旋转科氏力与离心力的方向相同,均为背离圆心方向;当λ＜1时,颗粒所受旋转科氏力与离心力的方向相反.试验中颗粒所受旋转科氏力与离心力在同一数量级的概率为3/4.因此,在小尺度低速度旋转流下研究颗粒受力时,颗粒所受旋转科氏力不应被忽略.     

固液两相流中水轮机基本方程式及相似准则

本文先建立了固液两相流中水轮机基本方程式,并对基本方程式进行了定性分析,得到液相和固相出口速度三角形的适当组合,可以获得既具有较高能量性能,又具有较好气蚀性能的水轮机转轮;按清水条件设计的转轮,在固液两相流中运行时,其能量性能和气蚀性能均不很理想。然后系统地建立了固液两相流中水轮机的相似准则,得到了单元工作量的表达形式。     

挟沙水流泥沙浓度分布的试验研究

通过挟沙水流泥沙浓度分布的试验，研究泥沙浓度和紊动强度沿垂线的分布之间的内在联系，试验结果表明泥沙浓度和紊动强度沿垂线的分布一致性较好，建立了泥沙浓度和紊动强度沿垂线分布之间的关系式。分析了关系式中泥沙浓度、泥沙的中值粒径对系数K的影响，中值粒径的影响较泥沙浓度对系数K的影响大，系数K随中值粒径的减小明显减小。并在此基础上进一步建立了泥沙浓度与流速、流速梯度之间的关系式。