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淹没型旋流竖井泄洪洞流态过渡的数值模拟研究 被引量:16
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作者 栗帅 张建民 +2 位作者 李君宁 《四川大学学报(工程科学版)》 EI CSCD 北大核心 2014年第4期13-19,共7页
旋流竖井泄洪洞的工程技术难题之一是:高尾水位淹没出流时的泄洪洞排气难,出口易发生气爆。对此,采用数值模拟的方法,结合某泄洪洞工程开展了相关的研究,获得了各个流段不同的水流流态、流速、压强以及消能率的沿程分布和特性,计算结果... 旋流竖井泄洪洞的工程技术难题之一是:高尾水位淹没出流时的泄洪洞排气难,出口易发生气爆。对此,采用数值模拟的方法,结合某泄洪洞工程开展了相关的研究,获得了各个流段不同的水流流态、流速、压强以及消能率的沿程分布和特性,计算结果与实验结果符合良好。分析了水流由强紊动掺气状态过渡到有压流动状态的转换机制及其对结构的影响,研究表明,泄洪洞内水平段可分为掺混消能区、气泡逸出区、气体排出区和平稳流动区,其中掺混消能区是消杀能量的主要区域,该新型旋流竖井泄洪洞在淹没条件下,气体能够顺利排出,流态转换平顺,压强分布平稳,可为类似工程参考。 展开更多
关键词 淹没型旋流竖井 流态过渡 紊流模型 水力特性
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Particle image velocimetry measurements of vortex structures in stilling basin of multi-horizontal submerged jets 被引量:7
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作者 陈剑刚 张建民 +2 位作者 许唯临 栗帅 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2013年第4期556-563,共8页
Measurements of turbulent flow fields in a stilling basin of multi-horizontal submerged jets were made with the single- camera Particle Image Velocimetry (PIV). The particle images were captured, processed, and subs... Measurements of turbulent flow fields in a stilling basin of multi-horizontal submerged jets were made with the single- camera Particle Image Velocimetry (PIV). The particle images were captured, processed, and subsequently used to characterize the flow in terms of the 2-D velocity and vorticity distributions. This study shows that the maximum close-to-bed velocity in the stilling basin is approximately reduced by 60%, comparing to the jet velocity at the outlet of orifices. The jet velocity is distributed evenly at the latter half of the stilling basin and the time-averaged velocity of the cross section is reduced by 77%-85%, comparing to the jet velocity at the outlet of orifices. These results show that the vortices with horizontal axes are continuously repeated during the form-merge-split-disappear process. The vertical vortices are continuously formed and disappeared, they appear randomly near the slab and intermittently reach the slab of the stilling basin. The range of these vortices is small. Vortices with horizontal axes and ver- tical vortices do not coincide in space and the vortices with horizontal axes only affect the position of the tail of the vertical vortices attached to the slab of the stilling basin. 展开更多
关键词 multi-horizontal submerged jets Particle Image Velocimetry (PIV) vortex structure stilling basin hydraulic jump
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溃坝洪水演进及溃坝水流对下游坝体冲击研究 被引量:2
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作者 周昔东 +1 位作者 袁浩 孙倩 《中国水利水电科学研究院学报(中英文)》 北大核心 2023年第1期74-82,共9页
坝体溃决后大量库水会在短时间内下泄形成溃坝洪水,会对下游结构物安全存在巨大威胁。本文基于RNG k-ε湍流模型对三维溃坝洪水的演进及溃坝波与下游坝体的相互作用开展系统数值研究,主要讨论了溃坝波的演进规律、下游垂直坝体处冲击压... 坝体溃决后大量库水会在短时间内下泄形成溃坝洪水,会对下游结构物安全存在巨大威胁。本文基于RNG k-ε湍流模型对三维溃坝洪水的演进及溃坝波与下游坝体的相互作用开展系统数值研究,主要讨论了溃坝波的演进规律、下游垂直坝体处冲击压强随时间的变化和分布规律,以及上下游不同水深比α对冲击峰值压强的影响。研究表明:溃坝波在演进时会导致下游水面线峰值呈现一个先增加随后坦化的趋势,随后受到下游坝体壁面的影响,溃坝波接触壁面后发生壅水,波高迅速增加。上下游水深比α=0.3时,其下泄洪水波的相对峰值达到最大值。随后随着水深比增大,其溃坝波传播速度和各监测点水位峰值均减小;瞬时冲击压强值随着水深比α增大而减小且与第一次冲击后最大压强值的比值减小。造成下游坝体上部分测点的压强主要为静水压强,下部分测点压强则主要是冲击压强和静水压强;垂直方向的峰值压强分布呈现先减小再变大再减小的趋势而水平方向呈对称分布,且最大冲击压强出现在下游水深之上的第一个点,由冲击压强产生。 展开更多
关键词 溃坝洪水 数值模拟 水深比 演进规律 冲击压强
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基于格子玻尔兹曼方法的双液滴撞击壁面液膜的热特性演化过程
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作者 宋翔 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第3期1207-1215,共9页
为了研究并排双液滴撞击覆有液膜的高温壁面过程中壁面热流密度分布特征,基于水热耦合双分布函数格子玻尔兹曼伪势模型,探究了液滴间距、撞击速度和液相黏滞系数在不同时刻对壁面瞬时热流密度分布的影响。结果表明:低温液滴的扩散与下... 为了研究并排双液滴撞击覆有液膜的高温壁面过程中壁面热流密度分布特征,基于水热耦合双分布函数格子玻尔兹曼伪势模型,探究了液滴间距、撞击速度和液相黏滞系数在不同时刻对壁面瞬时热流密度分布的影响。结果表明:低温液滴的扩散与下潜导致撞击区和中心射流区的壁面与液膜之间的温度梯度上升,引起撞击区和中心射流区壁面热流密度骤增。撞击区传热形式以对流传热为主,静态区受液冠处速度不连续性影响,其传热形式以扩散传热为主。双液滴撞击速度增大导致液滴下潜和扩展程度加深,液膜内部对流传热增强。双液滴间距增加引起双液滴内侧液冠在液膜内扩展空间增大,造成瞬时壁面高热流密度区域面积增加,利于散热。此外,更大的液相黏滞系数增大了液滴撞击液膜过程中的黏滞耗散,降低低温液滴的下潜程度和撞击区的液膜流场对流强度,导致壁面热流密度峰值减小。 展开更多
关键词 格子玻尔兹曼方法 伪势模型 双液滴撞击 热流密度特征
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池室结构对竖缝式鱼道水力特性的影响 被引量:1
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作者 陈柏宇 袁浩 +2 位作者 孙倩 许光祥 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2023年第12期81-87,共7页
依托RNG k-ε模型,对在竖缝式鱼道池室内布置圆柱型障碍物引起的水力特性变化开展了数值模拟研究,主要是不同圆柱布置位置对鱼道池室内流态、流速、紊动能、单位体积消能率等水力特性的影响。结果表明:圆柱布置在距离竖缝中心b_(0)的x=1... 依托RNG k-ε模型,对在竖缝式鱼道池室内布置圆柱型障碍物引起的水力特性变化开展了数值模拟研究,主要是不同圆柱布置位置对鱼道池室内流态、流速、紊动能、单位体积消能率等水力特性的影响。结果表明:圆柱布置在距离竖缝中心b_(0)的x=1.5 b_(0),y=3.1 b_(0)(定义短隔板上游面与导墙的交点为原点,b_(0)为圆柱直径或竖缝宽度)位置时不能有效减小竖缝区域最大流速,同时还会减小低速回流区面积,可能会降低过鱼效率;圆柱布置在x=2.2 b_(0),y=3.1 b_(0)时最大流速较常规池室减小12%,并使流态呈“Ω”形,延长了池室内水流流线,更能满足鱼类洄游的需求;当圆柱向下游移动至x=3.0 b_(0)时,圆柱对池室内水力特性的改善效果减弱。圆柱等障碍物的布置可以有效减小紊动能,同时改善紊动能在池室内的分布;圆柱的布置位置对单位体积消能率分布有着极大的影响,不恰当的布置方式反而会使局部单位体积消能率增加,影响鱼类洄游效率。 展开更多
关键词 竖缝式鱼道 池室结构 流速分布 水力特性 紊动能
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坡度变化对竖缝式鱼道水力特性的影响研究 被引量:4
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作者 陈柏宇 袁浩 《中国农村水利水电》 北大核心 2022年第10期242-248,共7页
依托RNG k-ε模型,针对不同坡度下竖缝型式鱼道池室内流场的变化开展了系统数值模拟研究,着眼于坡度变化对鱼道池室内不同平面的流态、流速、紊动能的影响。结果表明:随着鱼道坡度增加,距离水面更近的平面流态变化更显著,供鱼类休憩的... 依托RNG k-ε模型,针对不同坡度下竖缝型式鱼道池室内流场的变化开展了系统数值模拟研究,着眼于坡度变化对鱼道池室内不同平面的流态、流速、紊动能的影响。结果表明:随着鱼道坡度增加,距离水面更近的平面流态变化更显著,供鱼类休憩的回流区由于高流速主流的扩散与汇入导致面积压缩减小。竖缝处最大流速随着坡度增加而增加,主流区最大流速则受边壁回流的影响,在6.67%坡度后增幅减小;隔板钩头可有效改善池室内高紊动能区域的分布,池室内高紊动能主要集中在竖缝附近和隔板钩头前端,平均紊动能在8.33%坡度下仍保持在较低水平。 展开更多
关键词 竖缝式鱼道 鱼道坡度 流速分布 水力特性
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基于格子玻尔兹曼方法的近壁区空化泡生长溃灭过程模拟 被引量:1
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作者 冉彬君 汪磊 +1 位作者 袁浩 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2023年第5期32-37,共6页
基于格子玻尔兹曼热流耦合模型,兼顾温度场与流场的相互影响,对近壁区空化泡的生长和溃灭过程开展了系统研究,分析了泡壁无量纲距离和初始输入温度对空化泡演化过程和溃灭强度的影响,并对比了被动标量模型与热流耦合模型的差异。结果表... 基于格子玻尔兹曼热流耦合模型,兼顾温度场与流场的相互影响,对近壁区空化泡的生长和溃灭过程开展了系统研究,分析了泡壁无量纲距离和初始输入温度对空化泡演化过程和溃灭强度的影响,并对比了被动标量模型与热流耦合模型的差异。结果表明:空化泡受壁面限制,生长过程中无法保持圆形,其最大半径与泡壁无量纲距离之间存在幂函数关系,当泡壁无量纲距离大于1.6时,则为线性关系;空化泡最大半径与输入能量为线性关系,与初始输入无量纲温度之间存在幂函数关系;热流耦合模型考虑了高温对表面张力的影响,与被动标量模型模拟结果相比,其溃灭阶段获得的射流体积更大,微射流更集中,但溃灭强度更小。 展开更多
关键词 空化泡 初生 溃灭 格子玻尔兹曼方法 被动标量法
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非对称河道窄缝挑流轨迹及冲刷规律试验研究
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作者 徐礼哲 袁浩 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2023年第9期93-97,105,共6页
基于某水电站模型试验,系统探究了非对称河道内不同收缩比窄缝消能工的挑流轨迹和冲刷规律。研究表明窄缝挑坎出口的收缩比对冲刷坑的形态影响明显,随着收缩比的减小,挑坎两边的侧墙将水流向中间挤压,同时出射水舌在空气中充分扩散,进... 基于某水电站模型试验,系统探究了非对称河道内不同收缩比窄缝消能工的挑流轨迹和冲刷规律。研究表明窄缝挑坎出口的收缩比对冲刷坑的形态影响明显,随着收缩比的减小,挑坎两边的侧墙将水流向中间挤压,同时出射水舌在空气中充分扩散,进一步掺气消能,导致冲刷坑的深度降低、范围增大。对于非对称河床,相同流量下河床冲深会随着β增大而加大,但其冲刷横向扩散范围会显著减小。对水舌外缘挑距的公式开展了对比研究,当收缩比β>0.2时,陈忠儒公式的计算结果与试验值吻合;当β=0.2时挑流轨迹计算应采用修正后的水工计算手册公式。 展开更多
关键词 窄缝消能工 收缩比 水舌轨迹 冲刷地形 非对称河道
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基于格子玻尔兹曼方法的液滴撞击移动液膜过程模拟 被引量:2
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作者 袁浩 黄宏宝 +1 位作者 郭平措 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2021年第2期57-62,69,共7页
采用可调节表面张力的大密度比格子玻尔兹曼伪势模型模拟了液滴撞击移动液膜的过程,并进一步分析了雷诺数、韦伯数和初始液膜运动速度对液冠演化的影响。结果表明:初始液膜运动速度会增大上游液冠处撞击后液膜运动速度不连续性,促进上... 采用可调节表面张力的大密度比格子玻尔兹曼伪势模型模拟了液滴撞击移动液膜的过程,并进一步分析了雷诺数、韦伯数和初始液膜运动速度对液冠演化的影响。结果表明:初始液膜运动速度会增大上游液冠处撞击后液膜运动速度不连续性,促进上游液冠变形,同时减小了下游液冠处撞击后液膜运动速度不连续性,对下游液冠演化具有抑制作用;上游液冠高度随雷诺数增大而增大,但不随韦伯数的变化发生改变,而下游液冠高度则随着雷诺数和韦伯数的增大而减小,但雷诺数和韦伯数均不影响到液冠半径的演化;随着初始液膜运动速度增大,上、下游液冠高度减小,但液冠半径增大。格子玻尔兹曼伪势模型模拟结果与试验结果和理论分析一致,证明格子玻尔兹曼伪势模型可以有效模拟复杂液膜条件下液滴撞击液膜过程。 展开更多
关键词 液滴 移动液膜 格子玻尔兹曼方法 液冠演化 雷诺数 韦伯数
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格子玻尔兹曼方法在多相流中的应用 被引量:2
10
作者 张建民 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2017年第5期531-541,共11页
结合近年来国内外学者关于格子玻尔兹曼(LBM)方法用于多相流的诸多研究成果,该文从LBM多相流方法分类和常见LBM多相流模拟现象研究出发,对LBM应用在多相流中的研究现状进行了综述,旨在进一步扩大LBM方法在多相流研究中的适用性。
关键词 格子玻尔兹曼方法 多相流 综述
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高落差明渠截流方案优选实例试验研究 被引量:2
11
作者 汪旭 张建民 +2 位作者 石旭芳 余飞 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2013年第9期43-46,52,共5页
针对某水电站工程明渠截流面临大水深、高流速、高落差、高单宽功率及合格截流材料难觅等带来的截流技术难题,通过水工模型试验,对不同戗堤和龙口形式进行了对比试验与结果分析,并提出了较为合理的戗堤轴线位置。研究表明:推荐方案充分... 针对某水电站工程明渠截流面临大水深、高流速、高落差、高单宽功率及合格截流材料难觅等带来的截流技术难题,通过水工模型试验,对不同戗堤和龙口形式进行了对比试验与结果分析,并提出了较为合理的戗堤轴线位置。研究表明:推荐方案充分利用了明渠导墙的导水作用,使水流在导墙的作用下形成"S"形流动,增加了水流流程,减小了龙口处的水力坡降;此外,流程形势由直到弯,水流紊动增强,流动阻力增加,动能耗散增加,从而改善了龙口处水流流态,降低了截流水力学指标和难度。研究成果为该工程的截流施工提供了数据支撑,可供类似工程设计参考。 展开更多
关键词 明渠截流 截流方案优化 导流墙 试验研究
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汽液黏滞系数对空化泡溃灭过程影响的数值模拟 被引量:3
12
作者 袁晓龙 汪凯迪 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2020年第5期19-23,共5页
利用格子玻尔兹曼方法(LBM)伪势模型模拟了近壁区空化泡溃灭过程,分析了不同汽相黏滞系数和液相黏滞系数对空化泡溃灭过程中的最大微射流流速、最大溃灭压力、最大溃灭时间的影响。结果表明,相同液相黏滞系数条件下,改变汽相黏滞系数,... 利用格子玻尔兹曼方法(LBM)伪势模型模拟了近壁区空化泡溃灭过程,分析了不同汽相黏滞系数和液相黏滞系数对空化泡溃灭过程中的最大微射流流速、最大溃灭压力、最大溃灭时间的影响。结果表明,相同液相黏滞系数条件下,改变汽相黏滞系数,空化泡溃灭时产生的最大微射流流速、最大溃灭压力和最大溃灭时间不变;保持汽相黏滞系数不变,空化泡溃灭时最大溃灭压力、最大微射流流速均随着液相黏滞系数的增大而减小,但最大溃灭时间随着液相黏滞系数的增大而增大。 展开更多
关键词 空化泡溃灭 格子玻尔兹曼方法 伪势模型 汽相黏滞系数 液相黏滞系数
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液滴倾斜撞击液膜液冠演化规律 被引量:1
13
作者 郭平措 袁浩 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2021年第11期86-93,共8页
采用可调节表面张力的大密度比格子玻尔兹曼伪势模型模拟了液滴倾斜撞击液膜的过程,分析了不同雷诺数、韦伯数、液膜厚度和碰撞角对液冠演化的影响。结果表明:碰撞时能量损失随着雷诺数增大而减小,但随着液膜厚度增大而增大;上下游液冠... 采用可调节表面张力的大密度比格子玻尔兹曼伪势模型模拟了液滴倾斜撞击液膜的过程,分析了不同雷诺数、韦伯数、液膜厚度和碰撞角对液冠演化的影响。结果表明:碰撞时能量损失随着雷诺数增大而减小,但随着液膜厚度增大而增大;上下游液冠高度均随着雷诺数、韦伯数和碰撞角的增大而增大;同时上下游液冠高度随着液膜厚度的变化呈现先增大后减小的趋势,液膜厚度为0.25倍液滴半径时达到最大值。液冠延伸长度同样随着雷诺数和碰撞角增大而增大,但并不随着韦伯数的增大而变化,同时液冠延伸长度随着液膜厚度增加而减小。 展开更多
关键词 格子玻尔兹曼方法 伪势模型 倾斜撞击 液冠演化 液冠飞溅
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某水电站截流方案比选 被引量:1
14
作者 唐元会 张建民 +1 位作者 李盼 《水电能源科学》 北大核心 2017年第4期124-126,共3页
截流工程是水电工程建设极其重要的环节。针对截流时龙口水力学指标过高,抛投料流失严重的问题,结合某工程实例,通过模型试验对比研究了S型龙口、S型龙口和导沙坎开孔、河床加糙、拦石栅立体加糙四种截流方式的水力学指标变化规律。结... 截流工程是水电工程建设极其重要的环节。针对截流时龙口水力学指标过高,抛投料流失严重的问题,结合某工程实例,通过模型试验对比研究了S型龙口、S型龙口和导沙坎开孔、河床加糙、拦石栅立体加糙四种截流方式的水力学指标变化规律。结果表明,拦石栅立体加糙方案的龙口落差减少率、龙口流速减少率以及龙口单宽功率减少率分别为10%、30%、20%,此外,该方案还能有效减小抛投料流失率,尤其是大块石料等人工特殊料使用量减少率高达67%,大大降低了施工难度和成本。这种方式尤其适用于龙口落差大、流速快、单宽功率大且大块石缺乏的工程。 展开更多
关键词 截流 加糙 拦石栅 水利工程
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基于伪势模型的表面张力对空化泡溃灭的影响
15
作者 邹建锋 +2 位作者 袁浩 汪凯迪 周昔东 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2022年第9期71-76,83,共7页
采用可调节表面张力的大密度比、大黏滞系数比格子玻尔兹曼伪势空化模型模拟了近壁区空化泡溃灭过程,并进一步分析了表面张力和初始空化泡内外压差对空化泡溃灭过程中流场分布的影响,探究了表面张力变化对空化泡溃灭时产生的微射流和溃... 采用可调节表面张力的大密度比、大黏滞系数比格子玻尔兹曼伪势空化模型模拟了近壁区空化泡溃灭过程,并进一步分析了表面张力和初始空化泡内外压差对空化泡溃灭过程中流场分布的影响,探究了表面张力变化对空化泡溃灭时产生的微射流和溃灭压力演化的影响。结果表明:在近壁区空化泡溃灭过程中,随着表面张力减小,加剧了气液交界面的变形,导致微射流更为集中。同时空化泡在溃灭过程中蓄积的表面能减小,在溃灭时刻迅速释放后,减弱了空化泡溃灭强度,空化泡溃灭最大微射流流速和最大压力均随着表面张力的减小而减小,导致空化泡溃灭时间缩短,增加了壁面引起的Bjerknes力,加剧空化泡朝向壁面溃灭的趋势。 展开更多
关键词 空化泡溃灭 表面张力 溃灭压力 格子玻尔兹曼方法 微射流
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