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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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科学技术与工程 2024年第3期24卷 1207-1215页

作者：宋翔何小泷重庆交通大学河海学院重庆400074 重庆交通大学西南水运工程科学研究所重庆400074

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... 详细信息

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。

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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典型控流调压阀后突扩体的压力特性

排灌机械工程学报 2024年第10期42卷 1011-1017页

作者：王蛟胡亚安段金宏周家俞重庆交通大学西南水利水运工程科学研究所重庆400016 南京水利科学研究院江苏南京210029 重庆西科水运工程咨询有限公司重庆400016

为了研究突扩体对控流调压阀门的增压减振作用,以典型控流调压阀门(活塞式调流阀和固定式锥形阀)为研究对象,采用物模试验和三维数值模拟相结合的研究方法,重点对2类阀门在不同突扩体型、阀门开度及空化强度下的阀后流态及管壁压力特性... 详细信息

为了研究突扩体对控流调压阀门的增压减振作用,以典型控流调压阀门(活塞式调流阀和固定式锥形阀)为研究对象,采用物模试验和三维数值模拟相结合的研究方法,重点对2类阀门在不同突扩体型、阀门开度及空化强度下的阀后流态及管壁压力特性进行了观测分析,探究突扩比与阀后稳定压力的定量关系,试验阀门通径为150 mm,阀门直径为150~370 mm,突扩体长度为1000 mm.结果表明,突扩体能提升阀后管壁时均压力、减弱压力脉动的基本原理是水垫层效应.综合物模与数模试验结果,拟合得到了突扩比与阀后管壁稳定时均压力的关系式.突扩体可以提升阀门的工作背压,提升程度随突扩比的增大而渐缓.当突扩比为4.00时,阀后管壁稳定时均压力的增幅已非常平缓,趋于稳定.不同阀型试验结果差异小,说明突扩体的增压减振作用具有普适性.研究结果可供输水调压工程阀门段管道系统设计参考借鉴.

关键词：控流调压阀突扩体突扩比管壁压力

考虑地下水位影响的碱渣土地基半埋混凝土内氯离子传输试验研究

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材料导报 2024年第7期38卷 72-78页

作者：王元战杨旻鑫龚晓龙王禹迟郭尚天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津港(集团)有限公司天津300461 交通运输部天津水运工程科学研究所天津300456

关于碱渣土地基环境下钢筋混凝土结构耐久性问题,尚未见相关研究成果,是有待研究的课题。为探究碱渣土地基混凝土内氯离子传输规律,本工作模拟真实碱渣土地基及地下水侵蚀环境,设计了三种地下水位-0.2 m、-0.5 m、-0.8 m,开展半埋于碱... 详细信息

关于碱渣土地基环境下钢筋混凝土结构耐久性问题,尚未见相关研究成果,是有待研究的课题。为探究碱渣土地基混凝土内氯离子传输规律,本工作模拟真实碱渣土地基及地下水侵蚀环境,设计了三种地下水位-0.2 m、-0.5 m、-0.8 m,开展半埋于碱渣土地基的混凝土氯离子自然扩散试验,探究不同地下水位环境下混凝土地表吸附区及地下区域的氯离子分布规律。结果表明,地表吸附区由于其蒸发浓缩及毛细作用,氯离子浓度高于地下区域。氯离子浓度随地下水位的变化呈现较大差异,地表吸附区氯离子浓度随地下水位的升高呈下降趋势,地下区域地下水位的影响主要体现在试件与水位的相对位置,地下水位以下区域氯离子浓度高于地下水位以上区域。在此基础上,探究碱渣土地基半埋混凝土内氯离子传输机理,基于Fick第二定律定量研究了地下水位对表面氯离子浓度及扩散系数的影响,建立考虑地下水位影响的氯离子传输时变模型,通过与实测结果对比印证了模型的正确性,本模型可为实际工程中定量评估不同碱渣土侵蚀环境下混凝土内氯离子浓度以及服役寿命预测提供技术支持。

关键词：碱渣土地基半埋混凝土氯离子传输地下水位耐久性

海上风电大直径超长钢管桩竖向承载特性现场试验研究

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岩土工程学报 2024年第S1期46卷 180-185页

作者：韩冉冉乔小利李明玉交通运输部天津水运工程科学研究院天津300456

钢管桩是海上风电工程最主要的基础型式,但针对海上大直径超长钢管桩竖向承载力问题的研究却相对较少。结合广东汕头海上风电工程,进行了海上大直径超长钢管桩竖向承载力特性的现场试验研究,对比了桩底沉降和桩顶沉降随上部荷载的变化特... 详细信息

钢管桩是海上风电工程最主要的基础型式,但针对海上大直径超长钢管桩竖向承载力问题的研究却相对较少。结合广东汕头海上风电工程,进行了海上大直径超长钢管桩竖向承载力特性的现场试验研究,对比了桩底沉降和桩顶沉降随上部荷载的变化特点,分析了桩身侧摩阻力和桩端阻力随上部荷载的变化规律,并依据试验结果对大直径超长钢管桩极限承载力判定方法进行了探讨。试验结果表明:大直径超长钢管桩桩身变形较大,利用桩底沉降随荷载的变化曲线更容易对现场加载量进行控制和调整,也更容易对承载力的极限状态进行判断;大直径超长钢管桩端阻力随桩顶荷载的变化曲线呈“S”形;现行规范中采用Q/Qmax-s/d曲线斜率开始转变为0.2的点所对应的荷载作为极限承载力,将过高的估计大直径超长钢管桩的竖向抗压极限承载力。

关键词：超长钢管桩竖向承载特性侧摩阻力端阻力桩身变形

基于格子玻尔兹曼方法的附壁型空化泡演化模拟

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水利水电科技进展 2024年第4期44卷 7-13页

作者：袁浩詹蝶宋翔孙倩重庆交通大学西南水利水运工程科学研究院重庆400074 重庆交通大学河海学院重庆400074

依托热流耦合格子玻尔兹曼方法,探究了壁面润湿性与液相黏滞系数对附壁型空化泡演化的影响,并基于双粒子分布函数的热流耦合伪势LBM空化模型对接触点开展了受力分析。结果表明:对于润湿性壁面,演化过程中动态接触角持续大于平衡态接触角... 详细信息

依托热流耦合格子玻尔兹曼方法,探究了壁面润湿性与液相黏滞系数对附壁型空化泡演化的影响,并基于双粒子分布函数的热流耦合伪势LBM空化模型对接触点开展了受力分析。结果表明:对于润湿性壁面,演化过程中动态接触角持续大于平衡态接触角,导致其产生的非平衡杨氏力在空化泡生长期间产生迟滞效应,而在溃灭期间则加速了接触点的坍缩;对于非润湿性界面,非平衡杨氏力引发的迟滞效应在溃灭初期减缓了空化泡接触点的坍缩,而在最终溃灭阶段由于界面的剧烈形变,非平衡杨氏力加速了接触点坍缩;溃灭时刻微射流体积与平衡态接触角的余弦函数之间存在指数关系;黏滞系数增大会减小微射流体积,同时延长空化泡演化时间。

关键词：附壁型空化泡接触点动力机制壁面润湿性黏滞系数格子玻尔兹曼方法

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双自由度D形截面柱体流致振动的二维数值模拟

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船舶力学 2024年第6期28卷 896-906页

作者：宋吉宁李壮蒋学炼金瑞佳刘宇航邓钰瑶天津城建大学天津市软土特性与工程环境重点实验室天津300384 交通运输部天津水运工程科学研究所港口水工建筑技术国家工程研究中心天津300456

本文研究了D形截面柱体在顺流向和横流向两个自由度下的流致振动特性,迎流角为90°,质量比为2.6,雷诺数为370~3685,应用RANS方程采用SST k-ω湍流模型和Newmark-β法求解水流运动和柱体运动,入口流速采用匀加速法,检验了数值模型的网格... 详细信息

本文研究了D形截面柱体在顺流向和横流向两个自由度下的流致振动特性,迎流角为90°,质量比为2.6,雷诺数为370~3685,应用RANS方程采用SST k-ω湍流模型和Newmark-β法求解水流运动和柱体运动,入口流速采用匀加速法,检验了数值模型的网格和时间步长敏感性,并与相关文献的实验结果进行对比,验证了数值模型的可靠性。基于计算结果,系统分析了D形截面柱体的振幅、振动频率、水动力系数、尾涡脱落模式,以及平均位置偏移情况。结果表明,双自由度D形截面柱体在约化速度为8~14的区间内表现为涡激振动-驰振模式,尾涡多为2S和S+2S交替脱落,双自由度振幅比单自由度有显著的增大。升力主要偏向截面的直线边一侧,且升力出现了多个倍频。横流向和顺流向平均偏移量最大都可达到一倍特征长度以上。

关键词： D形截面不对称迎流流致振动双自由度

钙质砂三轴排水试验围压与剪切速率对应力特性影响研究

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岩土工程学报 2024年第S1期46卷 249-253页

作者：王欢杨立功左殿军罗基伟交通运输部天津水运工程科学研究院天津300456

以海南省三沙市西沙群岛钙质砂为研究对象开展不同剪切速率的三轴固结排水试验,研究钙质砂剪切应力特性。试验结果表明:围压越大偏应力峰值出现的越晚,相同围压剪切速率越快应力峰值越大,应力下降也越快应力下降比越大,剪切速率对应力... 详细信息

以海南省三沙市西沙群岛钙质砂为研究对象开展不同剪切速率的三轴固结排水试验,研究钙质砂剪切应力特性。试验结果表明:围压越大偏应力峰值出现的越晚,相同围压剪切速率越快应力峰值越大,应力下降也越快应力下降比越大,剪切速率对应力的峰值大小及残余剪切强度有一定影响,低围压下剪切速率对偏应力峰值影响更大。围压越小偏应力比越大,相同围压剪切速率越大偏应力比增长越快,当剪切速率低于一定速度时,偏应力比的变化并不受剪切速度的影响。相同围压条件下,由于排水剪切时围压和孔压保持不变,偏应力和平均有效应力关系为斜率3的直线,不同剪切速率破坏线趋势相同,剪切速率越大破坏线角度越大,但相差不大,破坏线为接近斜率1.75的直线,钙质砂内摩擦角为42°。剪切过程平均有效应力先增大后减小,剪切过程表现出剪缩到剪胀的变化过程,剪缩阶段不同剪切速率下孔隙比下降速率相近,剪切速率在剪胀阶段对孔隙比影响较大,剪切速率越大,孔隙比变化越大。

关键词：钙质砂剪切速率偏应力偏应力比平均有效应力孔隙比

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相向对撞壁面射流分区及扩展数值模拟

长江科学院院报 2024年

作者：袁浩梁浩然谢春航胡瑞昌重庆交通大学河海学院重庆交通大学西南水利水运工程科学研究院

为了揭示相向对撞壁面射流中径向和垂向射流特性，采用RNG k - ε模型对相向对撞壁面射流进行三维精细模拟，分析相向对撞射流产生的径向射流、垂向射流的分区结构和扩展率，探讨初始雷诺数和喷嘴间距对射流扩展率的影响。结果表明，径... 详细信息

为了揭示相向对撞壁面射流中径向和垂向射流特性，采用RNG k - ε模型对相向对撞壁面射流进行三维精细模拟，分析相向对撞射流产生的径向射流、垂向射流的分区结构和扩展率，探讨初始雷诺数和喷嘴间距对射流扩展率的影响。结果表明，径向射流和垂向射流分区结构类似，但流场中形成的径向和垂向漩涡影响范围不同。射流初始雷诺数对径向射流扩展率影响不明显，喷嘴间距对径向和垂向射流的扩展率影响明显，且喷嘴间距越大径向射流和垂向射流的扩展率越大。此外，喷嘴间距对射流发育过程有一定影响，喷嘴间距越小射流到达最大速度点所需时间越短、射流发育过程越快。

关键词：相向射流壁面射流射流分区射流扩展

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大尺度船闸输水系统水力学优化试验研究

中国农村水利水电 2024年

作者：王蛟许灿亮王召兵陈亮蒋友祥重庆交通大学西南水利水运工程科学研究院重庆西科水运工程咨询有限公司

随着船闸尺度日益增大，大尺度船闸输水系统要在高输水效率、船舶泊稳条件与工程投资之间找到合理平衡点的难度很大。依托某拟建大尺度船闸，闸室有效尺度为280m×34m×4.5m(长×宽×门槛水深)，建立1：30的船闸输水系统水力学整体物理... 详细信息

随着船闸尺度日益增大，大尺度船闸输水系统要在高输水效率、船舶泊稳条件与工程投资之间找到合理平衡点的难度很大。依托某拟建大尺度船闸，闸室有效尺度为280m×34m×4.5m(长×宽×门槛水深)，建立1：30的船闸输水系统水力学整体物理模型，重点针对闸室消能工进行系列试验研究，对不同消能工布置、阀门开启方式和船舶停泊位置的船舶系缆力进行测定和分析。同时，通过综合分析输水系统水力特性、压力特性和闸室内船舶受力特性，提出了经济合理的输水系统型式。成果表明：消能工直接影响到停泊在闸室内的船舶的安全性和稳定性。对于船闸平面尺度较大的船闸，为了兼顾高输水效率，采用相对复杂的闸室消能工结构是必要的。推荐输水系统布置方案下，闸室船舶系缆力、输水系统水力特性及阀门段压力特性均满足规范及设计要求，且有较大富余，为未来船闸提速提效预留了可操作空间，研究思路及成果可供类似工程参考借鉴。

关键词：大尺度船闸输水系统模型试验消能工船舶受力