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用于梯形渠道的仿翼形便携式量水槽水力性能

农业工程学报 2023年第3期39卷 76-83页

作者：王蒙张宽地王文娥张鸿洋吕宏兴西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室杨凌712100 西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100

机翼形量水设施水力条件优、量水精度高,但翼形曲线的复杂性制约其推广,为此,该研究基于结构简单的仿翼形便携式量水槽,探究其在末级梯形渠道的适用性。模型试验设计5组收缩比、7组流量进行水力性能试验,在此基础上,基于FLOW-3D软件对... 详细信息

机翼形量水设施水力条件优、量水精度高,但翼形曲线的复杂性制约其推广,为此,该研究基于结构简单的仿翼形便携式量水槽,探究其在末级梯形渠道的适用性。模型试验设计5组收缩比、7组流量进行水力性能试验,在此基础上,基于FLOW-3D软件对比分析仿翼形与机翼形量水槽水力性能的差异,深入研究不同收缩比对仿翼形量水槽水力性能的影响。研究结果表明:数值模拟与试验结果的水深数据吻合,误差小于4.91%,数值模拟的方法准确可靠;简化后未改变机翼形过流顺畅、雍水高度小等特点;所有工况上游佛汝德数均小于0.5,雍水高度小于7.6 cm,满足测流精度和渠道安全的要求,收缩比在0.60~0.64范围时,量水槽水力性能最优;基于能量方程及临界流原理建立的流量公式精度较高,平均测流误差为2.75%。该研究表明仿翼形保持了原机翼形良好的水力性能,测流精度高且曲线形式简单,便于推广,对于促进灌区末级梯形渠道便携式量水槽的推广具有实用价值。

关键词：流量数值模拟梯形渠道流速分布测流精度

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潜水搅拌机环形池流速实验及CFD模拟

排灌机械工程学报 2024年

作者：陈斌许智杨陈罗燕张帅杜沁熹绍兴质量技术监督检测院蓝深集团股份有限公司南京信息工程大学环境科学与工程学院

根据国标《潜水推流式搅拌机》(GB/T 33566-2017)的相关要求，潜水搅拌机检测需在环形检测水池中进行，而环形检测池造价昂贵，且水体测速难度较高，导致现阶段潜水搅拌机的流场特性研究缺乏有力的实验支撑。为此，本文以QJB7.5/12-620/... 详细信息

根据国标《潜水推流式搅拌机》(GB/T 33566-2017)的相关要求，潜水搅拌机检测需在环形检测水池中进行，而环形检测池造价昂贵，且水体测速难度较高，导致现阶段潜水搅拌机的流场特性研究缺乏有力的实验支撑。为此，本文以QJB7.5/12-620/3-480/S型潜水搅拌机作为研究对象，依托绍兴质检院现有的环形检测池进行流速实验，对比CFD软件进行的全流场数值模拟，得到结论：在潜水搅拌机的标准池流场范围内，试验与计算的流动特性具有高度的相似性，此型号潜水搅拌机在有效推流段内，流道中心区域流速随着推进距离的增加先增大后减小，并在推进距离5m处附近，流速出现极大值约为0.6m/s；受不均匀来流的影响，潜水搅拌机轴向推流存在一定偏差，导致外墙壁一侧水体流速低于内挡板侧；实验中，当推进距离达到15m时，所有测速点流速均低于0.3m/s；结合数值计算结果，此型号潜水搅拌机当量有效推流长度为13.64m，当量有效容积为218.24m3，比功率为32，环形池内平均流速约为0.153m/s。研究推动了潜水搅拌机有关标准的执行和不断完善，对潜水搅拌机的性能认知和应用发展具有重要意义。

关键词：环形池潜水搅拌机流速分布当量有效推流长度数值计算

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拦污栅结构对进出水口水力特性影响试验研究

水力发电学报 2023年第2期42卷 74-86页

作者：高学平袁野刘殷竹朱洪涛刘帅天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072

对于进出水口水力特性研究,尤其是物理模型试验,由于拦污栅栅条细、间隔近,模型模拟困难,因此一般不模拟拦污栅结构本身。为探究双向流动条件下拦污栅结构对进出水口水力特性的影响,本文建立了大尺度进出水口试验装置,开展模拟拦污栅结... 详细信息

对于进出水口水力特性研究,尤其是物理模型试验,由于拦污栅栅条细、间隔近,模型模拟困难,因此一般不模拟拦污栅结构本身。为探究双向流动条件下拦污栅结构对进出水口水力特性的影响,本文建立了大尺度进出水口试验装置,开展模拟拦污栅结构(有栅)和不模拟拦污栅结构(无栅)的进出水口水力特性试验研究。结果表明:拦污栅结构使断面时均流速分布均匀化,出流工况有栅的流速不均匀系数比无栅的改善了7.1%,进流工况有栅的流速不均匀系数与无栅的基本相同;拦污栅结构对水流的扰动使流速脉动剧烈,紊动强度增大,出流工况和进流工况有栅的平均紊动强度比无栅的分别增大了49.0%和38.5%;拦污栅结构对进出水口流量分配基本无影响;拦污栅结构使进出水口水头损失有所增大,出流工况和进流工况有栅的进出水口水头损失系数比无栅的分别增大了6.3%和7.2%。有栅和无栅的进出水口水力指标,除紊动强度差别较大外,其余差别不大,因此研究进出水口水力特性时不模拟拦污栅结构的结果基本能反映进出水口的水力学特性。研究成果可为进出水口及拦污栅设计提供参考。

关键词：进出水口拦污栅流速分布流量分配水头损失系数

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坡面流流速分布及紊动特性实验研究

水动力学研究与进展（A辑） 2023年第4期38卷 655-661页

作者：季铭昱程年生李奇骏浙江大学海洋学院舟山316021

该文利用粒子图像测速方法(PIV)对光滑床面条件下水深为3~7mm的坡面流流场进行了详细测量,并将分析结果与普通明渠流进行了系统对比。尽管坡面流的水深已达到毫米量级,但仍可以将其流态区分为层流、过渡流和紊流。坡面流条件下的流速呈... 详细信息

该文利用粒子图像测速方法(PIV)对光滑床面条件下水深为3~7mm的坡面流流场进行了详细测量,并将分析结果与普通明渠流进行了系统对比。尽管坡面流的水深已达到毫米量级,但仍可以将其流态区分为层流、过渡流和紊流。坡面流条件下的流速呈抛物线或对数分布,当处于过渡区时,流速分布仍符合对数律,但其积分常数随雷诺数的增大而减小。与普通明渠流相比,坡面流的紊流内区范围偏大,当雷诺数较低时,水流黏性的影响可扩大至整个水层。受极浅水深的影响,坡面流的紊动强度在垂向上偏小,而在纵向上则明显偏大。

关键词：坡面流流速分布紊动特性流态

含植物明渠紊流流速分布无量纲化方法及流动分区

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水利水电科技进展 2023年第3期43卷 101-106页

作者：闫静鲁经宇赵汗青雷燕彭显峰林青炜河海大学水利水电学院江苏南京210098 中国长江三峡集团有限公司北京100038 河海大学期刊部江苏南京210098

基于流速分布曲线的几何特点,提出一种新的无量纲化方法,结合水槽实验数据的回归分析,对含植物明渠紊流流速分布律及流动分区进行了研究。基于流速梯度变化率的特点,确定两个特征高度,采用特征高度、特征高度位置处的流速、水深、最大流... 详细信息

基于流速分布曲线的几何特点,提出一种新的无量纲化方法,结合水槽实验数据的回归分析,对含植物明渠紊流流速分布律及流动分区进行了研究。基于流速梯度变化率的特点,确定两个特征高度,采用特征高度、特征高度位置处的流速、水深、最大流速4个变量定义了新的无量纲流速和高度,对实验得到的流速数据进行无量纲化处理,进一步拟合得到流速分布律。结果表明,提出的无量纲流速在自由水面附近呈对数分布,对数分布律区域以下到床面的区域可用4段函数表示。根据分布律适用的区域明确流动分区边界,发现边界高度与特征高度并不重合,但和混合层的上下边界近似相等。与其他研究的对比表明,提出的无量纲化方法和流速分段函数分布律以及流动分区对速度描述有效,具有较好的适用性。

关键词：含植物明渠紊流流速分布无量纲化流动分区

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漂浮植被作用下河道水流流速沿程变化

工程科学与技术 2023年

作者：单钰淇桂子钦曹辉任玉峰刘超智慧长江与水电科学湖北省重点实验室(中国长江电力股份有限公司) 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川大学灾后重建与管理学院

漂浮植被常见于明渠河道水面。漂浮植被可改变河道水流流速，影响植被吸收营养物效率。本文将漂浮植被作用下的明渠河道沿垂向划分为漂浮植被区和无植被区。在植被阻力作用下，水流进入漂浮植被区后不断调整、流速不断降低，直至水流充... 详细信息

漂浮植被常见于明渠河道水面。漂浮植被可改变河道水流流速，影响植被吸收营养物效率。本文将漂浮植被作用下的明渠河道沿垂向划分为漂浮植被区和无植被区。在植被阻力作用下，水流进入漂浮植被区后不断调整、流速不断降低，直至水流充分发展后，水流流速稳定不变。漂浮植被区的水流调整长度（XD）定义为漂浮植被前端至水流充分发展处的长度。基于指数衰减函数，建立了漂浮植被区水流流速沿程分布预测方法；在此基础上，联立水流连续方程，提出了漂浮植被下方无植被区的水流流速沿程分布预测方法。计算模型结构简单、易于应用，所有输入参数可由水流和植被条件确定。采用本文和前人的试验资料检验计算模型，发现本文模型能够准确预测漂浮植被区和无植被区的流速沿程分布。综上，本文提出了适用于有漂浮植被河道的流速沿程分布预测模型，可为河道水环境治理与生态修复提供技术支撑。

关键词：漂浮植被流速分布预测模型营养物去除

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双向导流装置水轮机叶片半径和安装位置研究

机械强度 2022年第5期44卷 1049-1056页

作者：张鑫李国富宁波大学机械工程与力学学院宁波315211

由于水流在双向导流装置的中间段管道内流动时流速分布不均匀,导致水平轴水轮机发电效率受到影响。通过研究导流装置内部水轮机的叶片半径和安装位置,提高双向导流装置内部水轮机在双向水流中的发电效率。首先通过Fluent获取导流装置中... 详细信息

由于水流在双向导流装置的中间段管道内流动时流速分布不均匀,导致水平轴水轮机发电效率受到影响。通过研究导流装置内部水轮机的叶片半径和安装位置,提高双向导流装置内部水轮机在双向水流中的发电效率。首先通过Fluent获取导流装置中心垂直截面的流速分布曲线,采用数值分析的方法建立流速分布数学模型,计算得到最优的叶片半径。再通过研究竖直方向上流速分布变化规律,得到最优的叶片安装位置。最后通过拖拽实验,获得双向水流下的周期发电功率。研究结果表明,当叶片半径位于流速分布的直线范围内时,水轮机叶片旋转面的流速较大,随着叶片安装位置下降,水轮机的叶片旋转面的流速明显增加。在水流流速为1 m/s时,调整水轮机叶片半径和安装位置后水轮机的发电功率较之前提高72%,较裸叶片的发电功率提高150%。

关键词：潮流能流速分布叶片半径安装位置发电功率

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圆柱形植物斑块水动力特性的大涡模拟研究

水动力学研究与进展（A辑） 2022年第1期37卷 108-114页

作者：李晗玫毛劲乔龚轶青赵汗青戴杰河海大学水利水电学院南京210098 中国长江三峡集团有限公司北京100038

为阐明天然河道典型植物群落的水动力特性,该文使用基于浸没边界法的大涡模拟技术,构建了以半透性圆柱斑块为植物群落的水动力数学模型,开展了不同的植株密度下三维水流数值模拟研究,并根据水槽实验数据对该数值模型的可靠性进行了验证... 详细信息

为阐明天然河道典型植物群落的水动力特性,该文使用基于浸没边界法的大涡模拟技术,构建了以半透性圆柱斑块为植物群落的水动力数学模型,开展了不同的植株密度下三维水流数值模拟研究,并根据水槽实验数据对该数值模型的可靠性进行了验证。研究结果表明:流经半透性植物斑块的水流可分为两侧绕流及贯穿流动,且斑块的阻流效应与其植株密度呈现正相关。植物斑块密度的差异直接影响时均流场与紊动流场的特征,显著改变了下游流速分布规律:高密度植物斑块的贯穿流动较弱,斑块周围能够形成较为清晰完整的马蹄涡及分离涡结构,同时在尾流区一定区域内(4分布;而随着斑块密度的降低,贯穿斑块流动增强,尾流区流速梯度减小,流线分布较为平顺,未出现涡街分布,斑块附近的涡旋结构也较为稀疏破碎。

关键词：圆柱形斑块大涡模拟植株密度流速分布涡旋结构

弯道植被水流中Monami现象及湍流特性试验研究

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水动力学研究与进展（A辑） 2023年第5期38卷 755-765页

作者：黄天炜林颖典浙江大学海洋学院杭州310058

自然河流中生长的水生植物是生态系统的重要组成部分,植物的形态变化会影响水流的流动特性及污染物的输运。该文利用U型折叠弯道水槽进行试验,设置半侧分布的柔性植被,分析在弯道水流下不同流量及柔性植被配置对Monami现象的影响。试验... 详细信息

自然河流中生长的水生植物是生态系统的重要组成部分,植物的形态变化会影响水流的流动特性及污染物的输运。该文利用U型折叠弯道水槽进行试验,设置半侧分布的柔性植被,分析在弯道水流下不同流量及柔性植被配置对Monami现象的影响。试验结果表明:不同流量下的柔性植被形态存在差异,进而影响流速分布,当流量较大时,弯道中会出现Monami现象。在不同流量下,植被形态在弯道入口处呈现Monami现象、倾斜倒伏或直立;而在弯道后半程呈现Monami现象或无组织性轻微摆动。通过功率谱频率分析的高相关性证明Monami现象由K-H涡的不稳定性产生,且在弯道中,Monami频率减小。植被叶片的摆动使得湍流应力更深入植被冠层,而Monami现象的出现降低了植被冠层边界动量传输效率。此外,弯道会扩大植被冠层内扫掠主导区域的影响范围,改变无植被区的湍流活动类型。

关键词：柔性植被弯道水流 Monami现象流速分布 K-H不稳定性