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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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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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基于格子玻尔兹曼方法的附壁空化泡演化模拟

水利水电科技进展 2024年

作者：袁浩詹蝶宋翔孙倩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

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... 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阻滞效应，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阻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值之间存在指数关系；黏滞系数增加会减小微射流体积，同时延长空化泡演化时间。

关键词：附壁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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湿床溃坝波演进特性实验研究

工程科学与技术 2024年

作者：周昔东袁浩苏立君胡瑞昌孙倩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中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所

溃坝洪水的传播过程受上下游初始水深影响。现阶段对溃坝洪水的实验研究较少关注到上下游水深和坡度对湿床溃坝波形和波高变化的影响。为研究湿床溃坝波波形及波高的演进特性，基于大尺度水槽（长52 m、宽1 m、高1.2 m）实验，采用波高... 详细信息

溃坝洪水的传播过程受上下游初始水深影响。现阶段对溃坝洪水的实验研究较少关注到上下游水深和坡度对湿床溃坝波形和波高变化的影响。为研究湿床溃坝波波形及波高的演进特性，基于大尺度水槽（长52 m、宽1 m、高1.2 m）实验，采用波高仪测量了下游不同位置在不同时刻的溃坝波水位。通过对水位变化分析，研究了不同坡度i及上下游初始水深等因素对溃坝洪水波演进特性的影响。研究结果表明：溃坝波传播过程中波形受上、下游水深及坡度影响，通过全局弗劳德数Frx对溃坝波的传播形态进行区分，当Frx1.2时，溃坝波以Bore wave形式传播。Frx会对溃坝洪水位爬升形态产生明显影响，基于此构建了溃坝洪水位爬升计算模型；同时探讨了水位爬升速度C随Frx在两种波形下的变化规律：当Frx1.2时，C随Frx增大而趋于稳定。讨论了Stoker理论解在求解波高方面的适用性，当溃坝波以Undular wave形式传播时，基于实验数据及Stoker理论解构建了不同水深比α条件下最大波高hmax与Frx之间的函数关系。将上述计算方法与现有实验进行对比，数据吻合较好。研究成果对全面认识溃坝洪水波的形成及发展提供重要支持，对建立溃坝洪水灾害学提供理论依据。

关键词：湿床全局弗劳德数溃坝波形洪水位爬升最大波高

ABS/CNTs复合材料的制备及其应用性能

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工程塑料应用 2024年第2期52卷 15-20页

作者：杨森赵耀辉徐淑权白焘仕双云孟祥颖西南技术工程研究所重庆400039 北京交通大学物理科学与工程学院北京100044

为了制备武器装备贮运防护用抗静电材料,采用熔融共混法制备了抗静电丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)/碳纳米管(CNTs)复合材料,研究了复合材料的微观形貌、电学性能、力学性能、热稳定性及其与装备涂层的相容性等。结果表明,较低含量的C... 详细信息

为了制备武器装备贮运防护用抗静电材料,采用熔融共混法制备了抗静电丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)/碳纳米管(CNTs)复合材料,研究了复合材料的微观形貌、电学性能、力学性能、热稳定性及其与装备涂层的相容性等。结果表明,较低含量的CNTs在ABS基体中分散较好,随着CNTs含量增加,CNTs相互接触形成导电网络,表面电阻率急剧下降,呈现典型的渗流现象,其中CNTs质量分数为4%的ABS/CNTs复合材料表面电阻率在10^(9)~10^(10)Ω范围内,具备抗静电功能;当CNTs含量进一步增加时,CNTs之间相互团聚,其表面电阻率仅略有降低。热氧老化后ABS/CNTs复合材料表面电阻率几乎不变,常用的乙醇和丙酮试剂擦拭对其表面电阻率几乎无影响,乙酸乙酯擦拭后其表面电阻率略有下降。CNTs在ABS基体中起到增强的作用,随着CNTs含量增加,ABS/CNTs复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲弹性模量提高,但断裂伸长率和缺口冲击强度有所降低。CNTs提高了复合材料热稳定性,制备的抗静电ABS/CNTs复合材料与某装备涂层具备良好的相容性,满足装备贮运过程中的防护要求。

关键词：碳纳米管抗静电力学性能相容性

三峡水库至坝下游粗细颗粒泥沙输移特性与驱动机制

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应用基础与工程科学学报 2024年第3期32卷 787-800页

作者：王晨阳杨云平郑金海朱玲玲王建军杨胜发重庆交通大学河海学院重庆400074 交通运输部天津水运工程科学研究所天津300456 长江保护与绿色发展研究院河海大学江苏南京210098 长江水利委员会长江水文局湖北武汉430010

流域人类活动的增强,深刻影响了河流水文与地貌形态演变过程及发展趋势.三峡大坝作为全球最大的水电工程,其运行对下游水沙通量、泥沙输移、地貌形态等的影响引起了广泛关注.通过1990~2021年三峡水库蓄水对泥沙分选及下游泥沙输移过程... 详细信息

流域人类活动的增强,深刻影响了河流水文与地貌形态演变过程及发展趋势.三峡大坝作为全球最大的水电工程,其运行对下游水沙通量、泥沙输移、地貌形态等的影响引起了广泛关注.通过1990~2021年三峡水库蓄水对泥沙分选及下游泥沙输移过程影响的研究,加深了人类活动对河流水沙-地貌系统演变的认识.研究结果表明:三峡水库拦蓄了上游流域76.33%的沙量进入大坝下游,细颗粒(d≤0.125mm)和粗颗粒(d>0.125mm)沙量排沙比低于25.0%(24.26%和11.69%);2003年以来三峡大坝下游河段总沙量、细颗粒泥沙沿程得到恢复,其恢复量值低于蓄水前(1990~2002年)平均值;三峡水库运行改变了库区水位及流量过程,库区水位抬升降低了总沙量、粗颗粒及细颗粒泥沙排沙比,汛期(5~10月)入库流量大于30000m3/s天数多的年份细颗粒泥沙排沙比增加、粗颗粒泥沙排沙比保持稳定;三峡水库运行后坝下游宜昌至湖口河段的沙量减少引起河床长距离累积冲刷,细颗粒泥沙沿程得到恢复,因河床逐渐粗化作用引起的粗颗粒泥沙恢复程度呈减弱态势.

关键词：泥沙分选输移特征驱动机制河床变形三峡水库长江中下游

金沙江堰塞湖溃决后淤积河段疏浚措施实验研究

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中国农村水利水电 2024年第3期 121-127,136页

作者：冯云龙王明侯极张春泽周勤重庆交通大学西南水利水运工程科学研究院重庆400074 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司贵州贵阳550000 重庆西科水运工程咨询中心重庆400074

2018年金沙江上游因强降雨发生大型山体滑坡形成堰塞湖,堰塞湖溃决后大量泥沙随溃坝洪水向下游输移,导致下游河道形态及水流特性突变。某规划电站尾水河段受该事件影响,床面淤积6~10 m。为保障该电站如期正常建设,针对尾水河段上下游3 k... 详细信息

2018年金沙江上游因强降雨发生大型山体滑坡形成堰塞湖,堰塞湖溃决后大量泥沙随溃坝洪水向下游输移,导致下游河道形态及水流特性突变。某规划电站尾水河段受该事件影响,床面淤积6~10 m。为保障该电站如期正常建设,针对尾水河段上下游3 km河道,开展动床物理模型试验研究,探索尾水河段设计水位恢复方案。河道演变分析表明,堰塞湖溃决后的第1年,工程河段河床单向显著冲刷;至2022年汛前,河道整体表现为上冲下淤,尤其弯道下游石滩显著生长发育。通过模型试验预测了工程河段2027年地形,届时河道床而仍较堰塞湖溃决前高1~6 m,需要采取疏浚措施才能保障规划电站尾水口水位降低至设计水位。为有效减小疏浚范围及疏浚量,详细分析了弯道下游新生石滩段的水沙特性及演变趋势,提出了下游先期局部疏浚,通过自然演变调整床面,再开展整体疏浚的整治方案。试验证明,该方案较直接疏浚方案缩短了疏浚长度,可减少约6.88万m3疏浚量。继续针对新方案开展淤积试验,由于上游电站已陆续建成使用,其拦蓄作用大幅减少了研究河段来沙量,在5个典型年的水沙作用下,研究河段床面整体保持相对稳定,仅尾水出口下游左侧呈现一定程度淤积,建议管理单位定期按需要进行必要的局部疏浚维护,以保障电站安全运行。

关键词：堰塞湖动床模型河床演变发电水位疏浚

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阀后管道突扩对控制阀门流阻特性的影响

流体机械 2024年第1期52卷 41-47页

作者：王蛟胡亚安陈亮王召兵重庆交通大学西南水利水运工程科学研究院重庆400074 南京水利科学研究院南京210029

为准确地描述非均匀流条件下控制阀门阀后采用突扩管道后的流阻特性,针对典型控制阀门(活塞式调流阀与固定式锥形阀),采用物理模型试验与理论分析方法,基于阀后突扩管道内的流场结构及试验段压力特性,研究阀后管道突扩对典型控流调压阀... 详细信息

为准确地描述非均匀流条件下控制阀门阀后采用突扩管道后的流阻特性,针对典型控制阀门(活塞式调流阀与固定式锥形阀),采用物理模型试验与理论分析方法,基于阀后突扩管道内的流场结构及试验段压力特性,研究阀后管道突扩对典型控流调压阀门流阻特性的影响规律。结果表明,不同阀型采用相同突扩体时的流阻特性变化程度不同,阀型的影响主要体现在改变了突扩体的入流、出流条件。在规范公式的基础上,考虑阀门出流流场结构(突扩体入流条件)与水流缩脉(突扩体出流条件)的影响,分析得到管道突扩比与阀门流量系数的定量关系,规范计算值与试验值的最大差异约为8%,优化公式计算值与试验值最大差异约为1%,说明改进后的突扩体流阻系数公式的计算精度较规范公式有所提高。研究结果可为高压差、大流量调流调压系统管路设计提供参考。

关键词：控制阀门突扩体流量系数流场结构水流缩脉

平陆运河新坪水支流汇入口河段通航水流条件优化试验研究

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长江科学院院报 2024年

作者：杨亚男周世良王云莉严春浩樊皓东向美焘重庆交通大学西南水利水运工程科学研究院重庆交通大学内河航道整治技术交通行业重点实验室

运河通航水流条件直接关系着船舶航行安全，通过整治工程能够有效改善对通航不利的水流条件。平陆运河工程对原河道加宽挖深后，原河道沿线入汇支流会与运河产生较大河底高程差，支流直接以高落差入汇会对干流通航水流条件产生不良影响... 详细信息

运河通航水流条件直接关系着船舶航行安全，通过整治工程能够有效改善对通航不利的水流条件。平陆运河工程对原河道加宽挖深后，原河道沿线入汇支流会与运河产生较大河底高程差，支流直接以高落差入汇会对干流通航水流条件产生不良影响。新坪水支流是其中与运河具有较大河底落差与较大交汇角度的代表性支流之一，为确保平陆运河通航顺畅，通过定床河工模型试验，研究新坪水支流汇入口河段通航水流条件，提出整治方案。结果表明：在运河修建基础上，加宽干支流河道、沿支流口增设消力池及导流堤后，各洪水工况下的通航水流条件均得到显著改善。此研究结果能为类似河段航道整治提供参考。

关键词：平陆运河航道水流支流汇入口通航水流条件定床物理模型