低雷诺数下的钉螺绕流特征数值模拟

研究钉螺在水流中的运动规律对于控制钉螺扩散具有十分重要的意义。通过开源流体力学计算软件OpenFOAM,使用非结构化的三角形网格拟合钉螺边界,采用有限体积法和PISO算法计算平面无限区域中黏性不可压缩流体下的钉螺绕流运动,模拟了低雷诺数下横向和纵向2种水流条件螺体后方尾流形态变化,详细描述了漩涡脱落过程等现象;对比分析不同条件下钉螺的阻力系数C_D、回流区长度L_w/D、斯特罗哈数St等的区别。研究结果表明:随着雷诺数的增加,钉螺的阻力系数逐渐减小,尾流形态呈现3种不同的形态,初步确定各流态转变的临界雷诺数的范围。该研究可为进一步掌握钉螺扩散规律、改进水利阻螺措施提供理论依据。     

高雷诺数圆柱绕流的数值模拟

本文试图通过不同精度的差分格式在较高Re数下的计算结果的对照比较,以期了解在高Re数下不同格式的优劣,达到合理选择计算格式,使其达到既计算精确,又相对节省时间的目的。     

促淤浮帘绕流阻力特性及其计算

基于促淤浮帘的参数设计和稳定性考虑,需探明浮帘的绕流阻力特性及其计算方法。通过试验研究,分析了绕流阻力随浮帘密度、高度和弗汝德数3个参数的变化规律,得到了在河床未发生冲刷时绕流阻力最大且随浮帘趾冲刷及帘后淤积的发展逐步减小的结论。根据试验数据,利用回归分析得到浮帘绕流阻力系数的计算表达式。试验结果表明,在所研究的范围内,浮帘绕流阻力系数与浮帘雷诺数无关。     

高雷诺数下串列双圆柱绕流的影响因素研究

针对串列双圆柱绕流问题进行了数值研究,利用Fluent软件建立二维数值模型,探究了不同柱体间距、不同柱体表面粗糙度对串列双圆柱阻力系数、升力系数、St数的影响。采用SST k-ω湍流模型,对雷诺数为1×10~6,柱体间距L/D分别为1.75、1.90、2.20、2.50,表面粗糙度Rh在0~0.5%D范围内的串列双圆柱进行数值模拟。结果表明:柱体间距L/D在1.75~2.50范围内,光滑柱体表面下,St数、后柱平均阻力系数会随着柱体间距的增加而增大;同时,柱体间距对升力系数振幅也存在极大影响。改变柱体表面粗糙度,会使柱体间距为1.75的串列双圆柱前柱平均阻力系数在Rh=0.2%D时降低7%,而各柱间距下的后柱平均阻力系数会随粗糙度的增加而减小。研究成果能够为河道桥梁建设和圆柱绕流理论研究提供基础数据。     

高雷诺数下双圆柱绕流的数值模拟

本文使用表面涡法研究高雷诺数下不同排列方式双圆柱绕流的流动状态，计算了双圆柱在并列、串列及级列的情况下的各种流动结构，涡街的变化及作用在圆柱上的受力情况。本文结果清楚地描述了双圆柱绕流复杂的流动状况，计算结果与实验显示的流动状况十分相似，斯特罗哈数和阻力系数与实验结果符合得很好。     

非均匀沙床面阻力特性及计算方法

天然情况下，河流泥沙组成多为非均匀沙．研究床沙组成非均匀性对水流阻力的影响，具有重要的理论和现实意义．以Keulegan流速公式为理论依据，分析可靠的2174组试验和国外1404组河流实测资料，系统考虑庆沙组成的非均匀性对水流阻力的影响关系，建立了非均匀沙床面阻力系数的计算方法．通过长江中下游678组现场资料验证，得知计算结果有较高的精度，可供确定非均匀沙床面阻力时参考．     

基于FLUENT的小雷诺数下方柱绕流的数值模拟

采用FLUENT对小雷诺数（Re〈52）下方柱绕流进行数值模拟,分析方柱后对称反向漩涡的图谱与漩涡尺寸的特点,分析研究表明：在小雷诺数下,方柱绕流的图谱与圆柱绕流图谱相似,并存在两个特征雷诺数,但两个特征雷诺数较圆柱绕流的小些;方柱绕流对称反向漩涡尺寸与雷诺数呈线性关系变化,并且漩涡发生得比圆柱绕流更为剧烈;方柱绕流柱体后的漩涡能够较容易达到稳定状态。研究结论进一步丰富方柱绕流问题。     

冷却塔雨区阻力特性研究

冷却塔雨区的阻力特性一直以来都是冷却塔研究的难点问题,本文建立雨区横流模拟试验装置,进行不同雨区高度、雨区深度、淋水密度以及断面风速模拟试验,测试雨区阻力。试验结果分析表明:单位长度雨区阻力系数随雨区高度的增加而增大,随雨区深度的增加而减小,随断面风速的增加而减小,随淋水密度的增加而增大。本文试验成果同时是对现有雨区阻力性能理论的补充和扩展,为超大型冷却塔的设计计算提供技术支持。     

充填裂隙水流特性研究

单一裂隙以充填裂隙居多。根据Ｎ─Ｓ方程导出了充填裂隙水流的计算式，并适用于非充填裂隙。通过大量试验，给出了表明充填裂隙水流特性的充填介质系数Ｃｍ。并与非充填裂隙水流特性进行了比较。     

小空化数下超空泡航行体的阻力特性试验研究

为了研究小空化数下超空泡形态航行体的阻力特性,针对带圆盘空化器头部的航行体设计加工了4种不同结构参数的航行体试验模型.并在水靶道中进行了这些模型的水下航行试验,航行体空化数接近10-4,试验中测量出航行体发射点和某点的航行速度,计算出航行体的平均空化数.数据处理后得到了航行体的平均阻力系数,分析了空化器直径、航行体长细比、空化数对航行体阻力特性的影响;还在试验数据基础上,分析了小空化下航行体的自然超空泡减阻率.结果表明:在超空泡形态下,空化数接近10-4航行体的超空泡减阻率可达98%.这个研究结果为进一步研究小空化数下航行体的水动力特性和弹道特性提供了理论参考和试验数据.     

人工砂中碳颗粒对混凝土性能影响的试验研究

两河口水电站人工砂中含有悬浮碳颗粒,引起了混凝土用水量增加、含气量反复变化、施工性能不稳定等问题,从而增加了混凝土开裂的风险。利用混凝土试验,对比研究了不同的悬浮碳颗粒含量对混凝土用水量、胶砂用水量以及混凝土性能的影响,以期找出悬浮碳颗粒含量与混凝土性能之间的规律。结果表明:悬浮碳颗粒含量越大,混凝土用水量越高、引气剂掺量越大,但其对混凝土表面气泡、抗压强度、劈裂强度、弹性模量、极限拉伸值以及抗冲磨、抗冻、抗渗等耐久性能影响不大。在此基础上,采取了水洗降低碳颗粒含量、掺硅粉等控制措施,降低了胶凝材料用量,保证了混凝土质量。研究成果可为其他类似工程提供参考。     

亚临界雷诺数下波浪型圆柱绕流的数值模拟及减阻研究

采用大涡模拟数值方法对亚临界雷诺数Re=3000下波浪型圆柱的绕流现象进行研究分析。研究结果表明,波浪型圆柱的三维尾迹涡结构能得到很好的控制,它在轴向方向呈现周期性正负涡的交替分布特性。随着幅值的增大,波浪型圆柱表面的自由剪切层得以延展,使得旋涡的脱落发生在波浪型圆柱下游较远处,从而达到减阻的目的。波浪型圆柱与普通直圆柱相比,其幅值对平均阻力系数及脉动升力系数的减少及尾迹控制有着更重要的影响,最大减阻可达16%。     

Parametric study on smoothed particle hydrodynamics for accurate determination of drag coefficient for a circular cylinder

Simulations of two-dimensional (2D) flow past a circular cylinder with the smoothed particle hydrodynamics (SPH) method were conducted in order to accurately determine the drag coefficient. The fluid was modeled as a viscous liquid with weak compressibility. Boundary conditions, such as a no-slip solid wall, inflow and outflow, and periodic boundaries, were employed to resemble the physical problem. A sensitivity analysis, which has been rarely addressed in previous studies, was conducted on several SPH parameters. Hence, the effects of distinct parameters, such as the kernel choices and the domain dimensions, were investigated with the goal of obtaining highly accurate results. A range of Reynolds numbers (1–500) was simulated, and the results were compared with existing experimental data. It was observed that the domain dimensions and the resolution of SPH particles, in comparison to the obstacle size, affected the obtained drag coefficient significantly. Other parameters, such as the background pressure, influenced the transient condition, but did not influence the steady state at which the drag coefficient was determined.     

亚临界雷诺数下电磁力控制圆柱体绕流场特性的脱体涡模拟

该文利用Maxwell方程直接数值计算表面包覆电极与磁极圆柱体产生的电磁力分布,将其加入到动量方程中,采用脱体涡模拟(DES)方法,在亚临界雷诺数(Re=5×104)下,对电磁力作用下圆柱体在弱电解质中的绕流场结构及其升阻力特性进行了数值模拟与分析.结果显示:电磁力可以增大圆柱体近壁面的流体动能,延缓流动分离,减弱绕流场的三维效应;同时电磁力还可以显著减小圆柱体阻力,抑制其阻力与升力脉动幅值,而且随着电磁力作用参数的增加,圆柱体平均阻力及其升力系数均方值均呈指数衰减特征.研究表明,在亚临界雷诺数下,电磁力可以有效地改善圆柱体绕流场结构,达到减小其阻力并抑制其升阻力脉动幅值之目的,因此是圆柱型结构一种有效流动的控制手段.     

矩形明渠中矩形边墩周围紊动强度和雷诺应力分布特性试验

利用声学多普勒流速仪(ADV)测量矩形断面明渠中矩形边墩周围不同垂线、不同测点的瞬时流速,计算出水质点的三维相对紊动强度和雷诺应力,分析其变化特征。试验表明,紊动强度和雷诺应力在边墩周围明显增大且具有相类似的分布特征。该研究可为水流的紊动结构、丁坝与桥梁矩形边墩的水流紊动特性和冲刷机理提供验证资料。     

床面均匀沙拖曳力及上举力系数的确定

床面泥沙颗粒由于其相对暴露度及外形的不同,即使在同样水流条件下,颗粒附近的水流结构也不相同,进而影响到颗粒的受力不同,主要表现在颗粒拖曳力系数和上举力系数的不同。在白玉川提出的双向相对暴露度概念及拖曳力系数、上举力系数与纵向相对暴露度之间关系的基础上,分析发现,拖曳力系数介于1.00~1.22区间的概率大于92%,平均值为1.11;拖曳力系数与上举力系数比值平均值随沙粒雷诺数变化而变化,但在颗粒雷诺数大于25 000时,拖曳力系数与上举力系数比值平均值趋于常数1.28。将拖曳力系数和上举力系数引用到泥沙起动底流速公式中,得到了散粒体泥沙起动流速公式。实测资料验证表明,起动流速公式与实则资料吻合良好,间接地验证了提出的推移力系数值及上举力系数值是正确的。     

滴灌用砂过滤器的过滤与反冲洗性能试验研究

通过试验和分析，本文对节水灌溉工程中使用的砂过滤器的过滤与反冲洗性能进行了研究，提出了新的过滤阻力与雷诺数的关系式，给出了计算初始水头损失计算公式，分析了过滤与堵塞规律，提出了最佳反冲洗强度和膨胀率，并对反冲洗效果进行了实际验证，为正确设计和使用这类过滤器提供了理论依据。     

长江中下游干流河道采砂规划研究与探索

长江中下游干流河道内的砂石是较好的建筑和填筑材料.为防止采砂对长江河势稳定、防洪安全、通航安全、水生态环境保护以及沿江工农业设施的正常运行带来较大的不利影响,长江河道采砂必须进行统一规划.长江中下游河道采砂规划研究工作自20世纪90年代初逐步展开,到国务院颁布《长江河道采砂管理条例》后,开始按水利部的部署对长江中下游河道进行统一规划,规划研究与探索工作取得了丰硕的成果.较系统地阐述了长江中下游干流河道采砂规划研究过程、取得的主要成果以及成效,提出了进一步做好长江中下游干流河道采砂规划工作的建议.