梯形截面振子水动力特性数值研究

流致振动现象广泛存在于实际工程中,其振动蕴藏的能量是可再生能源捕获利用的研究热点之一。该文对梯形截面振子的水动力特性进行直接数值模拟,分析了不同上下底比值(d/D)的梯形振子绕流流场及水动力特性。结果表明:三角形和梯形截面振子的水动力系数均大于方柱;d/D为0.3的梯形振子升力系数最大,较方柱增长132.75%;d/D≤0.5的梯形截面振子两侧边界层交替附着并产生区别于主流旋涡的近壁次生涡,引起了升力系数的三次谐频;随d/D的增大,旋涡形成长度增加,但尾迹宽度基本不变。     

新型H型叶片潮流能水轮机不同翼型水动力性能分析

为了探究垂直轴潮流能水轮机转轮叶片翼型对其水动力性能的影响,在保持水轮机密实度相同的条件下,采用Fluent软件对4种不同翼型的H型直叶片潮流能水轮机进行了三维流场非定长数值模拟。通过4种H型叶片翼型对转轮动力扭矩特性和水能利用系数的影响,分析了潮流能水轮机水动力性能。结果表明,NACA0015翼型的水轮机单叶片动力扭矩最大值明显高于其他3种翼型;而整体转轮扭矩最大值取决于其不同的来流速度等运行工况。从整体上看,不对称翼型NACA4415的水轮机水能利用效率优于其他3种翼型。本研究为新型潮流水轮机的设计和翼型的选择应用提供了依据。     

岗南水库水动力特性数值模拟研究

岗南水库由于受到自然和人为因素的干扰,水质环境逐渐恶化。水库水质与水动力特性有着紧密的联系,因此了解水库的水动力特性具有重要的意义。应用EFDC建立了岗南水库三维水动力数值模型,并对其全年的水动力特性进行了模拟。通过分析其流速变化规律了解了岗南水库的水动力特性,为水质的改善治理提供了科学参考。     

汽轮机水冲击时的水动力特性

汽轮机水冲击经常发生于运行的汽轮机中。水冲击后，原来的蒸汽通道变成了水通道。水的动力特性与蒸汽明显不同，这将导致一系列的损失及危害。本文从水的动力特性出发分析了水冲击时对汽轮机的危害。     

土坝溃决跌坎水流水动力特性数值模拟

黏性土坝漫顶溃决涉及多学科交叉,过程极其复杂,尽管国内外大量物理模型试验成果表明其溃决多以“跌坎式”溯源冲蚀为主要特征,然而对该冲蚀发展形式下的水流-坝体微观作用机制尚不清晰。水流作为漫顶溃决的冲刷主动力,对坝体溃决发展起着主导性作用,采用RNG k-ε紊流模型和VOF自由液面捕捉技术针对黏性土坝漫顶溃决代表性水流结构——溃决跌坎水流开展了三维数值模拟研究,对跌坎水流的水流结构、流态、水力特性指标等进行了细致分析,揭示了不同工况下坝体跌坎上的剪切应力、流速分布规律,进而从水动力学的角度对坝面进行受力分析,初步推断了黏性土坝漫顶溃决过程中各级跌坎的主要合并方式为“台阶水平面刷深下切”。研究成果为进一步掌握黏性土坝漫顶溃决发展演变机理提供了理论基础。     

高水头船闸一字闸门水动力特性数值模拟

针对某山区高水头船闸30 m淹没水深下一字闸门的水动力特性进行研究,借助FLUENT软件提供的Realizable k-ε紊流模型对门体启闭过程非恒定流场进行动态模拟,通过建立由二维平面混合网格纵向拉伸成的三维棱柱体网格,结合2.5D重构和弹性光顺动网格法,在降低网格数量、提高计算效率的同时,实现一字闸门启闭全过程三维流场模拟。引入VOF法对自由水面迭代求解,得到一字闸门启闭过程门前后水位差及动水阻力矩变化规律,将计算结果与模型试验进行比较,两者吻合较好。模拟计算发现:门底间隙对闸门运行整个阶段动水阻力矩均有影响,动水阻力矩峰值随门底间隙增大而变小。     

仿生波状前缘机翼动态失速控制的数值研究

该文提出了采用波状前缘机翼改善动态失速性能的有效控制方式。通过数值求解雷诺平均N-S方程,对比研究了波状前缘机翼和传统的光滑前缘机翼在动态失速时的力学性能和流动特征,并分析了前缘形状改进和可控拍动参数的影响,探讨有效的控制途径。研究结果表明,在深失速的动态失速控制中,波状前缘翼的复杂涡系能更稳定地附着在上翼面,其力学性能明显优于光滑前缘翼,尤其在大攻角范围内优势明显。波状前缘形状改变对升力能几乎没有影响,但转轴前移、增加拍幅和频率都能提高拍动波状前缘翼的升力。     

船闸闸室底部设有气囊的三维水动力特性研究

为缩短船舶过闸时间和节约船闸用水,该文提出了一种气囊与输水系统相结合的新型船闸。基于典型的船闸尺度和气囊设计方案,采用输水动态仿真方法,研究了气囊充气流量对闸室水动力特性的影响,估算了闸室内船舶停泊条件。研究结果表明：气囊充气过程中,闸室中部形成一个明显的分流带,水体分别流向上下游闸首后呈现震荡型水流现象;当充气流量由Q=35.89 m³/s增加至77.43 m³/s,闸室纵向最大水面比降呈线性增加,相应的船舶纵向水平分力满足停泊要求,相比无气囊方案省时率达1.85%-21.11%且省水率达33%左右。     

引水改善星海湖的水动力-水质特性数值模拟

针对星海湖存在的湖泊水动力不足与水质恶化等水生态问题,通过建立二维水动力-水质模型,选取化学需氧量(COD)为水质指标,计算了12种不同水文特征与引水量工况,分析引用不同黄河水量下湖区水动力和水质指标的变化及空间分布情况。结果表明：引入黄河水能够有效改善星海湖的水动力与水质状况,减小滞水面积,降低COD浓度;在相同水文特征工况中,水质指标COD浓度随着引水量的增加而逐渐降低,且其削减率逐渐提高;在相同引水量工况中,丰水年水质指标COD削减率普遍高于枯水年和平水年;枯水年和平水年引水量分别为1 400×10⁴和700×10⁴ m³时能够达到地表水Ⅲ类水质标准。     

垂直轴潮流能涡轮机水动特性研究

潮流能水轮机日益受到重视,针对其叶轮翼型水动力问题,提出了一种襟翼控制策略,计算不同襟翼翼型的垂直轴潮流能涡轮机水动力学动态特性,对比分析了襟翼控制前、后的垂直轴潮流能涡轮机力矩系数周期性变化规律。结果表明:所提控制策略可在不影响力矩系数均值的情况下,有效降低力矩系数振幅,且非对称襟翼翼型力矩系数振幅小于对称襟翼翼型;通过分析流场结构发现,施加控制策略的翼型尾缘流场较未施加控制策略的尾缘流场细长;襟翼控制叶片转过之后的尾涡贴合于旋转轨迹,对下游流场影响较小,易于耗散;发生大涡分离的方位角范围为160°~260°,叶片内侧涡强增大,而施加控制策略之后,该现象得到很好改善。     

风生流水动力特性试验研究

从以往对太湖和其他浅水湖泊的研究来看,水流走向主要受湖泊表面的风向支配,主要运动形式是由风驱动而形成的风生流。为了研究浅水湖泊风生流的基本特性,构建了一套模拟风生流的水槽试验装置,模拟了15m/s风速下的风生流,并采用高采样频率PIV系统对风生流水动力特性进行了精细的测量,获得了风生流的垂向流场信息。试验表明该系统测量结果符合风生流的形成规律,具有模拟风生流的能力。通过不同流程处、相同风速下风生流时均流场、水平流速、涡量、紊动切应力和紊动强度垂线分布的对比,分析了风生流的水动力特性。风生流水槽试验的结果可以为今后进一步深入研究浅水湖泊风生流提供基础数据。     

斜向波浪作用下海底管线周围水动力特性数值研究

管线周围的水动力因素是管线冲刷的主要原因之一。基于OpenFOAM开源程序,结合改进后的速度入口造波法,建立三维波浪数值水槽,耦合分离涡紊流模拟方法,对管线周围水动力特性进行研究。分析了波浪入射角为30°、45°、60°和90°和KC数为5、8和11的波浪作用下,管线周围的流场结构进行分析,探讨入射角和KC数对管线周围水流结构的影响规律。结果表明:波浪作用下,入射角和KC数对管线周围水流结构具有较明显的影响。且随入射角增大,管上表面水流分离现象明显,管后正负涡量相邻分布的特征减弱;随KC数增大,管线附近涡量分布范围增大,正负涡量逐渐分离。     

太湖风生流特征的数值模拟研究

该文基于对太湖地形和水动力特征的分析,建立了沿垂向平均的太湖二维浅水动力学模型,给出了模型参数和模型的数值求解方法.通过对太湖风生流的模拟,分析了太湖风生环流的基本形态特征,并得到了实测流场的良好验证.进一步对盛行风场下的太湖流场和水动力特征进行数值研究表明,太湖风生流的形成主要由风场、湖泊边界及湖底地形决定;得到了不同湖区的流动规律和水动力特征,并揭示了不同湖区流动差异的形成原因.     

摆动叶片式波浪能发电装置的水动力性能分析

简述了摆动叶片式波浪能发电装置的结构和工作原理,结合波浪力学和浅水波理论对摆动叶片进行理论分析,推导出俘获效率公式。为了分析装置的性能,采用Fluent软件仿真的方法,分析了摆角和波高参数对装置的水动力学性能的影响,提出最佳摆角概念,并研究了最佳摆角与波高的关系。研究结果表明:装置的俘获效率随着摆角的增大先增大后减小;随着波高的增加,装置的俘获效率在增加,研究结果为后期装置的试验提供了理论依据。     

前后缘改形翼型的流动控制机理研究

针对前后缘及上下表面正弦波浪型改形翼型对前缘流动分离及失速的影响,采用大涡模拟湍流模型对改形翼型在雷诺数1.6×105下不同攻角的流动控制机理进行了数值研究.研究表明,相对于NACA0012直翼型,改形翼型由于其前后缘及上下表面沿展向呈正弦波浪型变化的结构特性,使其在失速区得到了更平缓的升力曲线.在小攻角(α≤ 12°)工况,改形翼型的升力系数稍小,然而在大攻角(α≥15°)工况,其升力系数明显提高,最高可达20％.前后缘改形的扰流使得改形翼型前缘流动分离在最大截面处延迟了,分离线移至大约0.25c的位置,这样的三维流动结构有效的减少了升力在失速区的突降.