田忠[1]2003年在《高速淹没射流冲击压强的试验和数值模拟研究》文中研究表明在水利工程中，高速淹没冲击射流形成的动水冲击压强的大小是水垫塘水力设计的重要控制指标之一，水工模型实验中测得的水垫塘时均冲击压强在向原型引申时是否存在缩尺效应，也是工程设计十分关心的问题。论文在总结前人研究成果的基础上，对高速淹没射流形成的冲击压强的特性进行了系统研究，对冲击压强的缩尺效应问题进行了初步探讨，其主要成果总结如下： 对高速射流最大冲击压强的衰减规律的研究表明，高速淹没射流形成的底板冲击压强无量纲数与射流流程的无量纲数存在良好的直线关系，并且可以近似的认为，当射流流程大于水舌厚度的80倍以后，淹没射流产生的冲击压强可以忽略。 对冲击区压强分布规律的研究表明，高速射流时均冲击压强的无量纲数分布存在很好的自模性，近似符合正态分布，可用式(?)／(?)_m=exp(-αη~2)表示，其中α=0.7～0.8。 论文分析了在不同的流速级别下(5m／s～50m／s)，挡板的最大冲击压强无量纲数的变化规律，结果表明，在不同的流速级别下，挡板的最大冲击压强无量纲数均按直线规律变化，且没有因为流速的差异导致冲击压强无量纲数的明显差异，所有的试验点均聚集在一条直线附近，说明如果不考虑其它因素(如掺气等)，仅从流速大小的角度来分析，挡板的冲击压强不存在明显的缩尺效应，若将模型实验所得的最大冲击压强引用到工程中，则实际工程的最大冲击压强值不会产生明显的偏差。 通过对高、低流速下时均冲击压强分布规律的对比分析，发现高流速下的压强集中系数α值比低流速下的α值大了0.2～0.3，说明，在高流速下，底板 四少l}大学工学硕士学位论文冲击压强的分布更为集中，射流边界向两侧的扩散范围更小，若将模型试验所得的底板冲击压强的范围引用到工程上，则实际工程的冲击区范围偏小。 同时，论文应用数值方法计算了淹没冲击射流的流场，得到了流速、压强及紊动能等水力参数的详细分布情况。叁维k一‘模型计算的结果与实验数据吻合良好。计算结果还表明，高、低流速下的挡板冲击压强无量纲数的变化规律一致，且大小相近。计算出的流场显示，能量耗散作用主要集中在射流主体段以及射流边界层，在高雷诺数下，与惯性力相比，流场中的粘滞力的影响已十分微弱，雷诺数的大小对挡板的冲击压强不起控制作用，因此高、低流速下形成的冲击压强的变化规律差异不显着。
王超[2]2016年在《环空射流吸气搅拌装置结构优化及气泡生成机理研究》文中提出泡沫浮选作为细粒矿物分选方法,在选矿作业中占有重要位置。浮选设备作为浮选过程的载体,直接影响到浮选的效果,因此对于浮选设备的开发和应用一直是浮游选矿的重点研究对象。现有浮选设备主要包括机械搅拌式浮选机、喷射式浮选机、浮选柱等。浮选设备的气泡生成装置和搅拌装置作为设备工作过程中供气和混合矿浆的核心部件,在使用的过程中都具有特点,也暴露出不足。本文结合现有浮选设备的供气机构和搅拌装置的优缺点,设计一种环空射流吸气搅拌装置,利用环空淹没射流冲击的方式进行吸气的同时驱动叶轮旋转,实现有效利用淹没射流损失的能量的同时得到充足的吸气量、合理气泡分布体系和叶轮搅拌速度,从而获得利于矿化浮选的叁相流场。为达到设计目的,本文把研究重点放在了喷头与叶轮在淹没状态下的配合以及气泡生成机理上。通过结合CFD数值模拟、高速动态摄像技术、压力传感器和扭矩传感器等先进测试技术以及试验对比验证的方法,对本装置工作过程中喷头环空射流吸气,淹没射流,射流冲击以及叶轮旋转搅拌等4个连续工作阶段内涉及的机械结构优化和气泡生成过程进行了研究,主要研究内容和结论如下:1.以气液两相流为介质,采用F1uent软件模拟结合试验验证的方法,研究了淹没射流状态下环空射流喷头内的能量耗散特性以及吸气特性。从流场分布、湍流能量耗散、涡量变化等角度分析了不同参数对喷头吸气量和气液比的影响。结论表明:不同入流压强下低管径比对气液比存在高可控性;不同管径比下高引射流入流压强对气液比存在高可控性,长管嘴距下气液比的增量要小于短管嘴距条件下的气液比,但长管嘴距条件下气液比却有较大的值;这些特性与不同入流压强时引射流与槽内水的压差以及不同管径比和管嘴距时入射流对喷嘴的封闭作用有关。2.借助扩散硅压力传感器测试系统,分析了有、无吸气和不同气液比状态下淹没射流对冲击压力的影响,结果表明:由于气泡的存在,浮射流冲击力大于淹没射流冲击力,且冲击力的差值随着气液比的上升逐渐缩小。分析了不同工况下气液两相浮射流流速和冲击压强的衰减过程,结果表明:浮射流在较低的入流压强、管嘴距和管径比条件下冲击压强轴向衰减过程接近线性,在较高的工况下遵循幂函数变化规律,而在水束同截面径向方向上遵循正态分布规律。无论是轴向流动遵循幂函数变化规律还是径向流动遵循正态分布规律,流速都存在由缓慢衰减到快速变化的突变结合点,从而作为我们选取叶轮长宽比以及喷头与叶轮作用间距的选取依据。同时试验还表明:由于受到浮力的作用,射流水束在远离喷头出流口的地方出现轴向射流向液面偏离的现象,这种偏离现象在较高的入流压强、管嘴距和管径比时有所减缓。建立动态扭矩传感器测试系统,研究不同叶片长宽比扭矩变化情况。结合理论分析,选取最佳叶片长宽比,通过不同的喷头数与叶片数配合进行速度测试试验,选取最佳的叶片数量和喷头数量,这也为喷头与叶片的选取提供一种研究方法。3.分析了淹没射流段、射流冲击段、旋转搅拌段叁个阶段气泡的大小和粒径分布,结果表明:淹没射流阶段,随着入流压强的增大,气泡的Sauter直径逐渐减小;粒径的分布上中间粒径和大粒径气泡的含量逐渐降低,气泡的粒径集中度越高,气泡粒径分布越均匀。同样,随着管径比和管嘴距的提高,气泡Sauter直径逐渐减小,粒径的分布上中间颗粒的含量却逐渐升高,气泡直径分布极差较小。相较于淹没射流段,射流冲击段的气泡与淹没射流段有相似的气泡变化规律,但气泡Sauter直径小于淹没射流段,中间颗粒的含量在相同的工况下含量更高。旋转搅拌段相同工况下Sauter直径未发生较大改变,但中间颗粒的含量相较于淹没射流段和射流冲击段更高,这主要是由于射流冲击段和旋转搅拌段对大粒径颗粒的分割效果较淹没射流段更加明显。根据不同变量参数下湍动能k和湍流耗散率ε对气泡大小和分布的影响,引入湍动能和湍流耗散率为"媒介变量"来解释和调控本装置的气泡生成机理。4.对气泡生成机理进行综合评价,试验表明:起泡剂的加入对气泡表面进行包裹,使得气泡表面张力降低,气泡体系稳定性增强,因此降低了不同变量参数对气泡粒径的调节可控范围。分析了环空射流吸气搅拌装置、射流吸气装置、旋转搅拌装置叁种装置对气泡大小和分布的影响,结果表明,在气泡粒径分布上本装置气泡分布均匀性好于喷射吸气装置,与旋转搅拌装置相近,但在气泡的粒径上要比喷射吸气装置和旋转搅拌装置都要小。
李树宁[3]2012年在《跌坎消力池水动力荷载研究》文中指出近年来，随着我国社会经济的发展，人们的环保意识和对生态环境的要求也随之提高，水电工程建设对生态环境的影响成为工程可行性的制约条件之一。人们对水电工程建设的认识和关注发生了改变，不再是仅仅停留在巨大的经济效益上，而是综合考虑了项目建设对生态环境的影响。在此基础上，提出了一种应用于高水头、大单宽流量工程的新型的消能工跌坎消力池。跌坎消力池作为高坝泄洪时的消能建筑物，其自身的稳定性不论对消能防冲还是整体水工结构的安全都具有重大意义。本文基于某水电站溢洪道消力池的模型试验研究，结合理论分析、模型试验和数值模拟的方法，对跌坎消力池底板的水动力荷载特性进行了研究。主要研究成果及结论如下：（1）运用动量定理和能量方程，推导出了突扩型跌坎消力池第一临界水深（发生面流时的最小下游水深）的理论计算公式。基于模型试验与数值计算，得出跌坎消力池流态演变的第一、第二临界水深经验计算公式，可以用来评估类似工程的流态。（2）基于模型试验和数值计算，分析比较了跌坎消力池与传统消力池的临底流速分布以及最大流速分布特性，得出了跌坎型消力池最大临底流速较传统消力池显着降低的指标；研究了跃首流速、跌坎高度、入池能量、入池角度对跌坎消力池最大临底流速的影响，得出了跌坎消力池最大临底流速与跌坎高度、入池能量的经验公式。（3）基于模型试验实测的传统消力池与跌坎消力池中的动水压强，分析得出了跌坎消力池较传统消力池脉动压强显着降低的指标；分析了脉动强度、空间积分尺度、概率密度以及频谱特性；得出了跌坎高度变化时估算消力池底板最大脉动压强的经验公式。（4）基于模型试验成果，研究了传统消力池和跌坎消力池板块所受上举力，分析了跌坎高度、板块尺寸、开孔率对底板上举力的影响，得出了最大上举力的预报经验公式；研究了陡槽末端水跃区底板的上举力以及错台对其的影响，得出了错台对上举力影响的指标。（5）经过一系列不同跌坎体型的消力池水动力学试验，为梨园水电站工程优化出了一种结构较优的跌坎消力池体型，降低了消力池里临底流速、脉动压强、上举力等指标。
李向东[4]2017年在《旋转磨料射流喷嘴流场数值模拟与实验研究》文中研究说明旋转磨料射流是通过把磨料和水的混合流调和成旋转流动状态的一种射流形式。该射流充分结合了旋转射流和磨料射流在工业应用中的优势,克服固有的缺陷。在岩石破碎方面可以降低能量消耗,加入磨料后利用磨料具备的高硬度和动能,在短时间内可以达到较好的破岩效果。随着旋转磨料射流技术不断完善和发展,该射流逐渐在工业的众多领域广泛应用。本文是在基于流体旋转流动理论和多相流动力学基础上,对旋转磨料射流的流动规律和破岩特性进行研究。针对目前采用导向元件产生旋流在工程领域应用中所出现的问题,并根据切向注入式产生旋流的原理提出适合磨料均匀流动的新型混合式旋转磨料射流喷嘴,该喷嘴结构主要由内、外腔和切向、垂直入流通道以及收缩腔构成,外腔负责引来流顺利进入切向通道并在旋转腔产生转动,垂直入流可以增强轴向冲击作用。基于计算流体动力学软件FLUENT对旋转磨料射流喷嘴的内外流场进行了数值模拟,首先分析旋转和普通磨料射流在淹没和非淹没状态下的射流特点,结果表明:磨料速度距喷嘴出口3m 处达到最大,非淹没射流条件下形成扩散角比淹没射流增加25%,旋转磨料射流扩散角比直磨料射流增加20%。其次研究了旋转磨料射流喷嘴内外流场流动特性,结果表明:旋转磨料射流发展分为六个阶段,增加入口压力,在增大水和磨料颗粒速度同时可减小颗粒与水的速度差。然后得到了,流场内外磨料速度分布规律和衰减规律,流场中心面沿径向方向磨料体积分数呈"V"分布,外流场磨料体积分数分布与喷距有关,随着入口磨料体积分数增大出口磨料体积分数增大,随着磨料粒径的增大磨料出口的体积分数先增大后缓慢减小,最大增幅为65.5%。最后分析了不同入射角度对井底冲击压强特性和分布规律的影响,结果表明:在0°峰值达到最大,在20～50°时压强峰值偏离射流中心且过度下降。采用正交实验设计的方法对旋转磨料射流喷嘴结构进行优化,对比分析了不同结构参数对喷嘴工作性能的影响,得到内外腔半径、内腔长、收缩锥角、直道长、以及直柱长最优的尺寸参数分别为12mm、5mm、30mm、60°、4mm和6mm,且3切向入流通道喷嘴结构为最优。采用实验研究的方法分析了收缩锥角、直道长和直柱长对井底冲击压强的影响并对比实验与仿真数据,结果表明:仿真与实验结果规律一致,存在一定的尺寸参数使冲击压强达到最大。用冲蚀实验研究喷嘴冲蚀时间、角度,在不同喷距下岩石种类和喷嘴结构参数对岩石冲蚀效果的影响,得到了:岩石冲蚀孔的基本特征,冲蚀时间对冲蚀效率的影响,存在与数值模拟相对应的最优尺寸参数使冲蚀效果最好,岩石倾角为10°时岩石的冲蚀体积比垂直入射增加34.6%,泥质沙岩被冲蚀的体积量、孔径和深度比石英砂岩分别大 12.2%～26%,5%～12.4%和 6.96%～11.4%。
李艳玲[5]2004年在《多股多层水平淹没射流的消能研究》文中提出我国高水头大流量工程的兴建给我们提出一个新的课题：如何有效地解决泄洪前沿宽度有限、单宽流量较大的水电工程的泄洪消能问题。本文在总结前人研究的基础上，提出了多股多层水平淹没射流消能。多股多层水平淹没射流消能既是传统水跃消能形式向复杂空间叁元水跃消能形式的发展，也沿袭了流体力学中关于多股淹没射流研究的一些思想和方法，可以说是一种新型的泄洪消能方式。本文通过理论分析、实验研究和数值模拟叁者相结合的方法对其消能机理和流态稳定性做了分析和研究，其主要研究内容和成果有： 1、通过对前人研究成果的分析，指出具有跌坎和突扩的空间叁元水跃能够适应不同的下游水位，其流态稳定性和消能效果要优于二元水跃，尤其是解决了底流消能临底流速大，消力池底板易遭受冲刷破坏等比较突出的难题。但对既有突跌又有扩宽的水平淹没射流缺乏系统研究，对其流态稳定性和消能机理的研究国内外均缺乏相关报道。 2、结合工程实际需要，提出了基于空间叁元水跃消能机理和挑流多股淹没射流消能机理的多股多层水平淹没射流消能形式。多股多层水平淹没射流是将高流速、大单宽水流沿横向和垂向分成多股、多层射流，进入消力池水体的中部。使高流速带与底板和水面均保持一定的垂向距离，利用在射流轴线周围所四川大学工学博!:学位论文形成的强剪切、不同漩滚、剧烈混掺来达到消能目的的新消能型式。 3、从传统水力学的角度出发，推导出单股单层、多股单层和多股多层水平淹没射流叁种消能方式的消能率计算公式，定性分析比较了消能效果的优劣和影响消能效果的主要因素，发现多股多层水平淹没射流较前两种方法的流态稳定性和消能效果都好。 4、数值模拟技术能弥补物理模型测试手段的不足，能够得到叁元淹没水跃详细的流场水力特性，如流速及压强分布、紊动能及其耗散率分布等。比较物理模型实验结果与相应的数学模型计算结果得到的水力参数及其分布，二者吻合良好，从而证实数值模拟结果基本正确、可信。 5、通过对单层多股和多层多股水平淹没射流两种消能方式在叁种工况下的数值模拟分析发现:多股多层水平淹没射流由于水股间的碰撞大，相互间的剪切作用加剧，消能效果明显比单层多股好。多股多层水平淹没射流的主流在消力池中部，而单层多股的主流潜底，前者的流态稳定性明显优于后者。 6、在向家坝水电站消能建筑物的基础上，设计制作了多股多层水平淹没射流的水力学模型。试验结果表明，水平淹没射流采用表中孔间隔布置，分层出流以形成淹没射流的型式在技术上是可行的，并具有消能效果显着，流态稳定，临底流速低等优点。试验研究了中孔泄槽的体型、表中孔高程、跌坎体型等因素对多层多股水平淹没射流水力特性的影响。 7、试验研究表明，表、中孔的坎高应足够大，才能有效地降低消力池临底流速。两坎之间的高差应大于中孔水流的主流厚度。以使上下两层射流均能在横向和竖向充分扩散，有效地利用消力池中部的消能水体，形成叁元立体扩散消能，提高消能效率，从而达到池底流速小，水面波动小的效果。 8、试验研究表明，射入消力池水股的断面形状对于消力池流态随下游水位而变的流态稳定性有明显影响，水平方向窄而垂直方向厚的水舌适应水位变化的稳定性较好，能始终保持水平淹没射流状态;宽而扁的水舌适应水位变化的稳定性较差，容易随下游水位的升高或降低而潜底或上漂。泄槽的体型以等宽泄槽或微收缩泄槽为宜。摘要 9、试验研究表明，延长隔墩的主要作用在于分隔表孔与中孔水流，避免相互干扰，从而改善中孔水流流态，防止发生空蚀破坏，同时可控制表孔水舌进入消力池的横断面形状，使表孔入池单宽流量增加，因而增加了其竖向稳定性。关键词:多股多层水平淹没射流紊流数值模拟消能率消能机理 水力特性
胡鹤鸣[6]2008年在《旋转水射流喷嘴内部流动及冲击压强特性研究》文中研究指明旋转水射流在冲击破碎等领域有着广泛的应用,论文针对当前喷嘴存在的问题,根据旋转水射流的加旋特点,提出了一种组合式旋转水射流喷嘴的新型设计方案。该喷嘴以切向入流产生出射水股的旋转作用,以轴向入流加强出射水股的冲击作用,可以解决传统导向元件加旋式喷嘴产生的旋转水射流存在中心低速低压区的问题。利用室内实验和数值模拟两种手段,系统研究了喷嘴在不同入流流量条件下的水动力学特性。在喷嘴实验系统上,利用二维数字粒子图像测速技术测量了喷嘴内部典型截面的流场,利用测压排信息图像处理方法测量了喷嘴射流在淹没条件下的冲击压强。不同紊流模型对喷嘴流动的模拟结果与实验结果对比分析表明,大涡模型兼具精度与效率,是最适合旋转流动模拟的紊流模型;选用大涡模型对喷嘴流动进行了整体模拟,揭示了喷嘴旋转流动产生和发展的规律。组合式旋转水射流喷嘴能够产生稳定的旋转射流,切向入流与轴向入流的流量比i较大时喷嘴出口旋流比较稳定。旋流动量由喷嘴切向入流提供,并在向下游流动过程中逐渐向轴向入流传递,流量比i越大传递速度也越快,在i = 1.00时喷嘴出口截面流体能够达到完全旋转。喷嘴流动的切向速度沿径向先增后减,并随着流量比i和总流量Q的增加而增大;轴向速度在喷嘴轴线附近最大并沿径向逐渐减小,不出现射流中心低速区。射流旋转程度随流量比i的增加而增大,喷嘴出口旋流数S近似正比于(i/i+1)2。入流流量条件既决定了喷嘴的内部流动特性,也决定了喷嘴射流的冲击压强特性。随着总流量Q的增加,冲击压强逐渐增大;随着流量比i的增加,冲击面积逐渐增大,冲击压强径向分布逐渐坦化。不同入流流量条件下冲击压强均具有射流轴线处最大并沿径向逐渐减小的分布特性,避免了中心低压区的出现。论文初步探索了壁面材料对射流冲击压强的响应,表层弹性材料将对冲击压强在空间分布上起到坦化作用,在时间脉动上起到削峰填谷作用。论文研究表明,组合式旋转水射流喷嘴结构具有良好的水动力学特性。
魏祥龙[7]2017年在《淹没条件下高压水射流的流场特性研究》文中进行了进一步梳理长江上游水道具有较大的航运潜力巨大,但对其开发利用明显不足;目前国家在建设长江黄金水道的同时又在提倡对长江航道生态的保护,既要有航运开发、又要有生态保护,这就为航道整治建设增加了一定的难度。目前炸礁等施工方法会对施工水域的生态环境产生毁灭性的破坏,因而研发一种生态环保的清礁技术对于长江航道的生态环境的保护具有重要的意义。因此,本文提出采用高压磨料射流水下切割礁石的新方法,为研发该水射流切礁的方法,初期的一个关键点在于阐明流速的衰减规律、射流流场的水动力特性等等,因而本文从这几点出发得出的主要成果如下:(1)本文文归纳总结了水射流的水流结构特征、冲击特征以及射流拟序结构的研究现状,概述了高压水射流目前主要的研究方法及取得的一些研究成果。(2)本文系统论述了高压水射流数值模拟的基本原理,并对所建立的数学模型进行验证,结果表明数模成果准确可信,可用于后续的模拟研究中。(3)根据不同水深下数值模拟的流场比对分析,得出了不同水深情况下的径向与轴向流速分布规律,展示了不同水深下近场轴线流速加速过程以及射流初始长度,解决了浅水射流水深对冲击效率影响的问题。(4)通过对数值模拟结果的分析,初步阐明了受限条件下高压淹没水射流轴向与径向不同时刻、不同位置下的流速分布情况,简要说明了涡旋分布、流线运动情况以及轴向流场流速随时间变化的特性。(5)建立不同靶距下的二维平面冲击射流数学模型,阐明不同靶距下的轴线流速、压强分布特性,论述了靶距对冲蚀孔径及深度的影响。
杨弘[8]2008年在《高坝消力塘防护结构耦合动力分析与健康诊断研究》文中研究指明高坝消力塘作为防护下游河床的结构,其自身在高速水流冲击下的安全性是实现消能和防冲目的的关键所在,国内外都不乏破坏的实例。高坝消力塘防护结构的工作和破坏机理十分复杂,是高速水流水动力特性与防护结构的结构动力特性耦合作用的结果。本文结合模型试验、原型观测和数值分析,研究高坝消力塘水动力荷载特性,开展耦合动力分析的数值模拟方法研究,揭示消力塘防护结构的受力特点、工作机理及失稳的动力过程。并在此基础上将力学分析结果、专家经验、人工智能技术有机融合,提出高坝消力塘防护结构的健康诊断方法。主要成果包括:(1)引用水跃和冲击射流的研究成果,详细分析了底流和挑跌流消力塘内的水流流态特征,探讨了这两种型式消力塘内时均压力和脉动压力的分布规律。(2)开展板块之间、板块与基岩间缝隙脉动压力传播规律研究,着重研究了缝隙宽度对脉动压强的影响。(3)开展止水破坏情况下底部渗压与表面动水压力的耦合作用机理研究,分析了渗压耦合作用对板块下表面不同区域时均动水压强、脉动压强的影响,并研究了不同止水破坏方式板块上举力的变化情况。(4)探讨了挑跌流和底流消力塘内板块及边坡的最大上举力的预报方法;系统分析了水流脉动压力相关尺度、消力塘底板尺寸、上下表面脉动压力的相关特性对底板水流上举力的影响,基于此对消力塘底板块尺寸优选进行了研究,并对透水底板上举力降低的原因进行了初步分析。(5)分析了消力塘底板的失稳破坏过程、稳定性计算模式及它们之间的内在联系,并对消力塘底板稳定性的控制指标进行了研究。(6)对高坝水垫塘防护结构泄洪振动进行了原型观测,全面分析防护结构正常工作状态下的动力响应特性。(7)分析了水垫塘底板失稳破坏各个阶段的动位移响应特性,提出可以利用底板动位移响应来识别水垫塘防护结构的稳定性。基于粘结滑移、非线性接触及流固耦合理论,建立水垫塘底板、水体、基岩、锚固钢筋的耦合有限元模型,计算不同破坏状态下底板块的极限动位移,结合原型观测结果进行动位移响应特性的分析,从而对水垫塘底板的稳定性进行识别。(8)计算了水垫塘底板振动信号的正常盒维数区间和动力失稳过程不同阶段的盒维数变化,并且结合时域、幅值域、频域分析方法,对水垫塘底板振动特征进行了分析与比较,结果显示分形维数对于水垫塘底板泄洪振动异常情况很灵敏。利用分形盒维数对水垫塘底板振动的主要故障信号进行了分析与识别,明确了分形维数与故障特征之间的内在联系。(9)通过对模型实验、原型观测、耦合动力数值模拟结果进行综合归纳分析,将力学分析结果、专家经验、人工智能(AI)技术有机融合,提取与防护结构破坏相关的敏感特征量,建立高坝泄洪防护结构安全监控的理论模型、监控指标,构建高坝消力塘防护结构的健康诊断系统。
丰小玲[9]2007年在《高拱坝下游水垫塘流场的数值模拟》文中指出以溪洛渡水电站水垫塘作为研究背景，应用二维和叁维的RNGκ-ε紊流数学模型，对溪洛渡水电站反拱水垫塘和平底水垫塘的流场进行了数值模拟。其中二维数值模拟采用两相流的VOF方法，叁维数值模拟采用“刚盖法”处理自由水面。二维数值模拟研究给出了表深孔水舌从空中抛射，碰撞，下泄至水垫塘、并发展到塘内流动稳定的全过程，给出了流动稳定后水垫塘的流速矢量和底板压强分布、水垫塘底板最大压强和近壁最大流速的脉动过程。叁维数值模拟研究给出了两种水垫塘内，纵剖面、横剖面和水平剖面上的流速矢量和流线图，流速沿垂向和纵向的分布，以及水垫塘壁面压强的空间分布图，给出了塘内的水流流态、流速场和压强场的特性，并与相应的实测值进行了详细对比，两者吻合很好，说明计算结果可靠。将反拱水垫塘和平底水垫塘的计算结果进行详细的比较。结果表明，在水舌入水区，反拱水垫塘的流态和底板受力较好，在入水区上下游，平底水垫塘的流态和底板受力较好。研究成果为水垫塘的设计和工程应用提供了参考，具有重要的现实意义。
秦翠翠[10]2011年在《跌坎消力池水力特性研究》文中进行了进一步梳理本文首先对基本消能方式进行比较,虽然底流消能工消能率高、对岸坡冲刷轻微、雾化范围小,但其临底流速、脉动压力大,己成为制约其发展的主要因素。本文研究的跌坎消力池,入池水舌以淹没冲击射流形式到达池底,水舌下方形成反向旋滚,上方形成大尺度水跃,主流与底板间存在一定厚度的“水垫”,因而降低了水力学参数值。为研究跌坎消力池水力特性,本文采用1：50模型试验与数值模拟方法对某工程跌坎消力池流态、临底流速、时均压强、冲击压强、脉动压强及上举力特性进行分析。在此基础上,改变消力池体型,重点分析体型参数对水力特性影响,为工程中优化跌坎消力池体型提供参考。主要研究成果及结论如下：1.通过数值模拟方法,得出跌坎面上压力不完全服从静水压力分布规律。采用Katakam分析方法,应用动量定理及能量方程推求出了有入池角度的跌坎突扩消力池共轭水深比、消能率计算表达式。应用π定理,分析最大临底流速、最大脉动压强、冲击压强、最大上举力与来流条件及体型参数之间的关系。2.流量较小时,跌坎消力池内仅能形成混合流流态。随着流量增大,池内流态逐渐转化为底流流态；由于跌坎作用,池首形成类似挑、跌流水垫塘的冲击压强,其值及底板最大临底流速均与流能比成线性正比关系；脉动压强基本于射流冲击点位置形成最大值,其值比常规消力池降低约50%。上举力降低约5-9%。改变跌坎高度及入池角度比改变跌坎形状对消力池水力特性的影响要大。3.改变跌坎坡度影响反向旋滚运动范围；改变跌坎高度直接影响射流扩散长度；改变池长主要影响消能水体体积。采用数据拟合方法,得到水力学参数最大值与体型参数之间的关系曲线。通过改变体型参数,发现当其值超过一定范围后,临底流速及时均压强最大值将保持不变。
参考文献：
[1]. 高速淹没射流冲击压强的试验和数值模拟研究[D]. 田忠. 四川大学. 2003
[2]. 环空射流吸气搅拌装置结构优化及气泡生成机理研究[D]. 王超. 安徽理工大学. 2016
[3]. 跌坎消力池水动力荷载研究[D]. 李树宁. 天津大学. 2012
[4]. 旋转磨料射流喷嘴流场数值模拟与实验研究[D]. 李向东. 西南石油大学. 2017
[5]. 多股多层水平淹没射流的消能研究[D]. 李艳玲. 四川大学. 2004
[6]. 旋转水射流喷嘴内部流动及冲击压强特性研究[D]. 胡鹤鸣. 清华大学. 2008
[7]. 淹没条件下高压水射流的流场特性研究[D]. 魏祥龙. 重庆交通大学. 2017
[8]. 高坝消力塘防护结构耦合动力分析与健康诊断研究[D]. 杨弘. 天津大学. 2008
[9]. 高拱坝下游水垫塘流场的数值模拟[D]. 丰小玲. 西安理工大学. 2007
[10]. 跌坎消力池水力特性研究[D]. 秦翠翠. 天津大学. 2011