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矩形通道内加减速条件下流态转捩特性研究

核动力工程 2014年第6期35卷 162-166页

作者：袁红胜谭思超庄乃亮唐凌虹张川张虹哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点实验室哈尔滨150001 中国原子能科学研究院北京102413 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610041

针对恒压差变化率下矩形通道内的流态转捩特性进行理论和实验研究。通过理论研究,得到恒压差变化率下的层流速度分布。以层流速度分布为基础,应用能量梯度法,对加速和减速情况下的转捩雷诺数(Re)进行计算,并分析影响转捩Re的因素。分析... 详细信息

针对恒压差变化率下矩形通道内的流态转捩特性进行理论和实验研究。通过理论研究,得到恒压差变化率下的层流速度分布。以层流速度分布为基础,应用能量梯度法,对加速和减速情况下的转捩雷诺数(Re)进行计算,并分析影响转捩Re的因素。分析结果表明:加速过程中转捩Re低于稳态情况下的转捩Re和减速过程中的转捩Re高于稳态情况下的转捩Re;初始稳态压差越接近稳态转捩时的压差,转捩Re偏离稳态转捩Re就越小;压差变化率对转捩Re几乎没有影响。通过加减速实验研究得到的转捩Re变化规律和理论结果基本一致,但在压差变化率影响方面存在差异。

关键词：流态转捩能量梯度法加减速矩形通道

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摇摆条件下窄通道内单相水流态转捩特性

哈尔滨工程大学学报 2012年第6期33卷 791-795页

作者：阎昌琪幸奠川曹夏昕谢清清哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室黑龙江哈尔滨150001 中国核动力研究设计院四川成都610041

矩形窄通道广泛应用于紧凑式换热器中,其内单相流动流态转捩特性会受到摇摆运动的影响.结合流迹显示技术,对摇摆条件下矩形窄通道内单相水从层流向湍流转变临界点附近的流动特性进行了实验研究.结果表明稳态条件下临界Re为2 550左右.摇... 详细信息

矩形窄通道广泛应用于紧凑式换热器中,其内单相流动流态转捩特性会受到摇摆运动的影响.结合流迹显示技术,对摇摆条件下矩形窄通道内单相水从层流向湍流转变临界点附近的流动特性进行了实验研究.结果表明稳态条件下临界Re为2 550左右.摇摆条件下当Re小于2 400时,流态显示为稳定的层流,Re大于3 500时,流态为湍流,摇摆对稳定的层流区和湍流区流态没有影响;Re为2 400～3 500之间时流动处于过渡区,摇摆对其流态转变有一定影响.在临界点附近摇摆振幅越大,流态转捩越容易发生;摇摆周期对流态转捩影响很小.摇摆运动改变系统重位压降及产生附加压降,从而对流态转捩的影响不可忽视.

关键词：摇摆运动矩形窄通道流态转捩单相水可视化

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跌坎型底流消能流态转捩及控制研究

水利水电技术 2016年第9期47卷 65-69页

作者：郑铁刚孙双科柳海涛夏庆福朱志攀中国水利水电科学研究院流域水循环模拟及调控国家重点实验室北京100038 四川大学四川成都610065 中国三峡建设管理有限公司四川成都610023

跌坎型底流消能工是一种建立在常规底流消能工基础上的新型消能工.通过理论分析得出,跌坎型底流消能工消能率随着跌坎高度与上下游水深的变化而发生变化,且不同入池Fr下,满足消能率所需坎高与水深不同.结合某大型水电工程进行验证,针对... 详细信息

跌坎型底流消能工是一种建立在常规底流消能工基础上的新型消能工.通过理论分析得出,跌坎型底流消能工消能率随着跌坎高度与上下游水深的变化而发生变化,且不同入池Fr下,满足消能率所需坎高与水深不同.结合某大型水电工程进行验证,针对上游相对水位120.0～140.0 m、下游相对水位40.0～50.0 m,跌坎型消力池内水流流态特征进行分析.研究结果表明,跌坎型消力池内水位波动最大值发生在跌坎下游50～100 m范围内;随着跌坎型消力池跌坎高度的变化,消力池内水流可呈现出三种不同流态特征;当跌坎断面采用收缩体型后,跌坎高度可得到提升,有效地保障消力池内水流流态稳定和消能效率,改善消力池内临底水力学指标.

关键词：跌坎底流消能流态转捩消能效率消力池

采空区球-柱组装体压损预测模型及多孔介质流动特性

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煤炭学报 2024年

作者：陈方兴郝小礼陈世强张建伟田峰吴雪湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南科技大学土木工程学院青岛地铁集团有限公司第二建设分公司中铁第六勘察设计院集团有限公司

随着煤矿向深部开采热动力灾害发生风险增大，快速预测采空区内流动损失成为了煤矿精准防灭火的关键。结合采空区流动特征，提出一种孔隙率可调整的球-柱组装体采空区多孔介质物理模型，通过控制角度θ大小改变模型总体孔隙率。进一步... 详细信息

随着煤矿向深部开采热动力灾害发生风险增大，快速预测采空区内流动损失成为了煤矿精准防灭火的关键。结合采空区流动特征，提出一种孔隙率可调整的球-柱组装体采空区多孔介质物理模型，通过控制角度θ大小改变模型总体孔隙率。进一步，划分模型流动最小体元，并将流动过程分为10个阶段，基于平均水力半径模型以及简化后的突扩-突缩并联通道局部阻力理想模型，建立单位长度压力损失表达式。通过计算模型预测压损数值，对比了实验、数值模拟以及Ergun方程计算结果，并验证了数值模拟结果可靠性。结果表明：实验数据与计算模型预测值相对误差最大不超过10%，证明计算模型方法可行；无量纲流动损失M在雷诺数Re[0， 10]区间内以粘性损失项为主，与总损失的偏差小于7%。在雷诺数Re[0， 10]区间内，计算模型与Ergun方程的预测结果对比数值模拟计算结果相对误差均小于10%；在雷诺数Re[10， 1200]区间内，Ergun方程结果相对误差超20%，而计算模型结果在10700），根据流动损失的组成划分流动形式界限，当雷诺数110为非达西流。研究成果可为采空区精准防灭火的工程实践提供理论依据。

关键词：采空区多孔介质孔隙率流态转捩压力损失平均水力半径

水泵水轮机球阀导叶协联关闭甩负荷过渡过程CFD数值模拟研究

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水泵水轮机球阀导叶协联关闭甩负荷过渡过程CFD数值模拟研究

作者：温飞飞武汉大学

学位级别：硕士

抽水蓄能电站在电网中承担调峰调频任务,其过渡过程频繁剧烈,而水泵水轮机组向高水头、大容量、高转速发展,加剧了过渡过程的危险性。球阀作为保证输水系统安全关闭的重要措施,在甩负荷后与导叶联合关闭可优化过渡过程参数,相关研究已... 详细信息

抽水蓄能电站在电网中承担调峰调频任务,其过渡过程频繁剧烈,而水泵水轮机组向高水头、大容量、高转速发展,加剧了过渡过程的危险性。球阀作为保证输水系统安全关闭的重要措施,在甩负荷后与导叶联合关闭可优化过渡过程参数,相关研究已取得进展,但缺乏将水泵水轮机和球阀动作进行联合三维分析,即既考虑水击也考虑压力脉动相互影响的研究。本文应用一维输水系统与三维水泵水轮机耦合（1D-3D耦合）的CFD模拟方法,针对某抽水蓄能电站的一台机组甩负荷过渡过程,进行球阀与导叶同时动作三维瞬变流数值模拟,目的是探讨球阀对水泵水轮机转轮流态、压力脉动和转轮受力等特性的影响。论文主要工作如下:1.研究球阀简单管线性关闭过程中三维流动特性:采用CFD数值模拟方法,研究了球阀在简单管中线性关闭规律下的水锤波动特性和压力脉动特性。发现球阀关闭前期压力场几乎无变化;球阀关闭中期阀前压力上升,阀中和阀后压力下降;球阀关闭后期,阀前压力升至峰值后下降,阀中和阀后压力下降至稳定值。对球阀关闭过程的受力以及球阀受力与流态的关联性进行分析,发现在球阀关闭后期,流态的失稳是导致球阀受力波动的主要原因。球阀入口和出口之间动能和势能的转化以及能量消耗持续发生,但在球阀后期尤为严重,这也是球阀流态失稳的原因。此外,对球阀关闭过程中流场涡结构予以研究,有助于更好地把握球阀流态演变规律。2.研究了甩负荷后水泵水轮机导叶关闭过程中转轮尾水管三维流动特性:采用1D-3D耦合法对某原型水泵水轮机甩负荷过渡过程进行了数值模拟。其转速、流量、力矩等宏观参数随工况转移而发生巨大变化,单位参数特性曲线在空载工况点附近出现波动并逐渐向内收敛。对甩负荷转轮入口流态转捩规律进行分析,发现前期下环回流向上冠回流的转捩导致了流量变化出现转折点,上冠回流的发展使流量下降速率加快。转轮内旋转失速的发生不仅增大了流场压力脉动也使转轮径向力偏心运转。转轮轴向力在前期出现了突降,与尾水管中心螺旋涡带的生成有关。采用新Omega法对尾水管涡结构进行识别,验证了此方法相对于Q准则具有更好的涡结构识别效果,甩负荷过渡过程中尾水涡带主要存在3种形态,即中心螺旋涡带、边壁绕流涡带和上部环状涡带,同时对这三种涡带的演变规律及其控制因素进行分析。3.研究了甩负荷后球阀与导叶联合关闭过程压力脉动特性及球阀关闭对转轮三维流态的影响:采用1D-3D耦合法数值模拟了某原型水泵水轮机球阀和导叶协联关闭甩负荷过渡过程。与球阀不动作甩负荷工况进行对比,发现球阀关闭延缓了宏观参数变化趋势但使单位参数轨迹线收敛加快。将压力脉动与实验数据进行对比,发现两者宏观规律一致但存在相位差,这与计算工况球阀关闭时间与实验工况存在差异有关。球阀关闭使水泵水轮机工作水头减小,导致转速上升速率减慢,压力二次峰值的脉动幅值减小。球阀对转轮流态影响显著,直接抑制了甩负荷后期转轮由中部回流向中部入流转捩,导致入流无法充分发展,抑制了旋转失速的发生,从而抑制了压力脉动。但甩负荷也加剧了球阀流态的不稳定性,使球阀运行存在风险。这三部分工作相辅相成,循序渐进地对甩负荷动态不稳定特性及球阀关闭对甩负荷抑制作用机理予以研究,为后续水泵水轮机多工况转换以及调保平衡奠定了基础。

关键词：水泵水轮机甩负荷过渡过程球阀关闭导叶关闭三维流场压力脉动流态转捩一维三维耦合方法