循环水槽及其工作段自由液面波动及消波探讨_黄神伙
光滑床面薄层水流水动力特性试验研究
光滑床面薄层水流水动力特性试验研究作者：施明新朱永杰吴发启来源：《人民黄河》2022年第10期摘要：為揭示坡面薄层水流水动力学参数变化的内在规律和坡面流土壤侵蚀机理，基于光滑床面薄层水流试验，研究了流速、雷诺数、弗劳德数、阻力系数、水流功率等水动力学参数随坡度和流量的变化规律。
在坡角为0°～12°、单宽流量为0.04～0.24 L／（ s ·m ）条件下的光滑床面水槽试验表明：坡面薄层水流雷诺数、弗劳德数、水流功率均与坡度和单宽流量呈幂函数递增关系，雷诺数受单宽流量影响较大、受坡度影响较小，坡度和单宽流量对弗劳德数的影响相当，水流功率的主要影响因素是坡度；阻力系数与坡度和单宽流量呈幂函数递减关系，单宽流量为主要影响因素、坡度为次要影响因素，坡角≤5°时坡度对阻力系数的影响可忽略不计，坡角≥10°时坡度对阻力系数的影响不可忽视；该试验条件下坡面流以急流为主，在坡角小于2°时才会出现临界流或缓流。
关键词：光滑床面；薄层水流；水力特性；雷诺数；弗劳德数；流速；单宽流量；坡度中图分类号：S157.1；TV131.2 文献标志码：A doi：10.3969／j.issn.1000－1379.2022.10.020引用格式：施明新，朱永杰，吴发启.光滑床面薄层水流水动力特性试验研究[J].人民黄河，2022，44（10）：105－107，126.Experiment Study on Hydraulic Properties of Overland Flow Under the Smooth SurfaceSHI Mingxin 1，ZHU Yongjie 1，WU Faqi2（1.Shanghai Investigation，Design ＆ Research Institute Co.，Ltd.，Shanghai 200434，China；2.College of Resources and Environment Sciences ，Northwest A＆F University，Yangling 712100，China ）Abstract：In order to reveal the changes for the inherent laws of overland flow hydraulic characteristic and the mechanism of slope flow soilerosion，based on experiments of overland flow in a smooth hydraulic flume ，the relationship between dynamics parameters （ flow velocity，Reynolds number （ Re ），Froude number （ Fr ），friction factor and stream power） and the variation of hydrodynamic parameters with slope anddischarge was studied.Based on the experiments of overland flow in a smooth hydraulic flume ，when the slope is 0°－12°，and unit widthdis⁃charge is 0.04－0.24 L／（ s ·m ），the results show that the Re ，Fr and stream power is a power function growth with the increasing of dis⁃charge and slope gradient.Re is greatly affected by the unit width discharge ，and slightly affected by slope gradient；discharge and slope gra⁃ dient have the same effect on Fr；the main influencing factor of stream power is slope gradient.The friction factor is a power function reduc⁃ tion with the increasing of discharge and slope gradient，the determined influence to friction factor is discharge ，slope gradient is second. When the slope gradient is less than 5 degrees ，discharge is a single control factor，but when the slope gradient isgreater than 10 degrees ， the impact of slope gradient on friction factor can ’t be ignored.Under the test conditions ，its main flow patter is torrent flow and when the slope gradient is less than 2 degrees ，the flow regime is laminar flow or transition flow.Key words：smooth surface；overland flow；hydraulic properties；Reynolds number；Froude number；flow velocity；unit width discharge； slope gradient坡面薄层水流是指在降雨、重力等作用下沿坡面运动的浅层水流，对其研究已有百余年历史[1] ，早期研究主要是野外观测和经验分析，近期研究已从经验分析过渡到以水动力学特性为主的机理性分析。
数值波浪水槽的造波及消波方法
ｓ ｗ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｇ － ｐ ｌ ａ ｔ ｅ ｗａ ｖ ｅ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｗｅ ｒ ｅ ｄ ｅ ｉ ｆ ｎ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｕ ｓ ｅ ｒ ｄ ｅ ｉ ｆ ｎ ｅ ｄ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ＵＤ Ｆ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｌ ｆ ｕ ｉ ｄ ｍｏ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗ ａ ｓ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ｂ ｙ ｅ ｍｐ ｌ ｏ ｙ ｉ ｎ ｇ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｍｅ ｓ ｈ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｗ ａ ｖ ｅ ｗ ａ ｓ ｅ ｌ ｉ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｓ ｅ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｏ ｒ ｏ ｕ ｓ ｍｅ ｄ ｉ ａ ａ ｒ ｅ ａ ａ ｎ ｄ ａ ｄ ｄ ｉ ｎ ｇ ｍｏ ｍｅ ｎ ｔ ｕ ｍ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍ ｏ ｆ ｖ ｉ ｓ ｃ ｏ ｕ ｓ ｄ ｒ ａ ｇ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ＶＯ Ｆ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗａ ｓ ｕ ｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ｔ ｏ
Ｌ Ｉ Ｈｕ ｉ ， ， ＨＥ Ｈｏ ｎ ｇ ． ｚ ｈ ｏ ｕ ， ， ＹＡＮＧ Ｓ ｈａ ｏ ． ｈｕ ｉ ， 。 ，
（ １ ．Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｊ ｉ ｍ ｅ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｘ ｉ ａ ｍｅ ｎ ３ ６ １ ０ ２ １ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
第２ Ｏ卷
第 ６期
集 关大学学报 （ 自然科 学版 ）
流体力学实验第七章
29
〔2〕定床模型和动床模型
按照模型河床能否变形可把模型分成定床和动 床两类.
定床模型：模型河床不随水流作用而改变,其河 床常用水泥沙浆制作,模型水流是清水.
动床模型：模型河床随水流作用而改变,其河床 常用天然沙或轻质沙〔如煤粉、木屑、塑料沙、胶 木粉等〕制作,模型水流也常挟沙.当河床变形显著 或要了解河道冲淤情况时,需采用动床模型,动床模 型一般都是动态模型.
水洞可进行常规水动力学实验、空泡实验、 边界层机理和水噪声实验等.
17
小型水洞
18
重力式水洞的结构示意图如下所示：
水泵将地下水池中 的水泵入高位的水 箱中,水箱内的溢 流板使水箱中的水பைடு நூலகம்位保持恒定.水箱 内还插有多孔阻尼 板作为稳流装置, 用来消除进水所引 起的波动.水在管 道内经过扩压段、 整流网和收缩段后 进入实验段,然后 流入回流渠道,集 中到水池中.
32
Settling Chamber
Exit Section
小型水槽
Motor Assembly
9
大型水槽
10
船舶试验水槽〔400m〕
11
其它水槽 〔1〕拖曳水槽：船模实验、分层流实验等
12
〔2〕波浪水槽 在普通水槽上装上造波器和消波器,造波器用来模
拟海浪,有多种形式.在水槽的另一端,消波器使水波 以及模型产生的船波不再反射.
以及满足实验所需的流量要求,水槽实验装 置的供水不直接与自来水管道连接,而要通 过一独立的水箱管路系统,典型的由有一定 水头高度的水箱、连接管道、水渠道和水 泵组成.
水箱的溢流板使水箱中的水位在实验过程
中保持恒定,水箱内还可以插有几块多孔阻
尼板作为稳流装置,用来消除进水所引起的
油水界面波动及其影响因素研究
油水界面波动及其影响因素研究在液体与液体接触的界面中，油水界面波动是一种普遍存在的现象。
它不仅出现在自然界中的湖泊、海洋等水体中，也出现在工业领域中的石油开采、水处理等过程中。
油水界面波动的存在对于液体的传输、混合以及稳定性都有一定程度的影响。
因此，深入研究油水界面波动以及其影响因素是十分必要的。
一、油水界面波动的特征油水界面波动是指油和水两种液体相接触处的界面起伏变化。
这种波动可以表现为周期性的振动，也可以是随机的涟漪形态。
油水界面波动的特征可以通过波高、波长、频率和相位等参数来描述。
1. 波高：油水界面波高代表了波动的振幅大小。
当波高较大时，表示界面起伏较为剧烈，相反，波高较小则表示界面波动较为平缓。
2. 波长：油水界面波长是指相邻两个波峰或波谷之间的距离。
波长的变化会影响到油水界面的表面积和界面反应速率等因素。
3. 频率：油水界面波动的频率是指单位时间内波动的次数。
频率与波长密切相关，频率高则波长短，频率低则波长长。
4. 相位：油水界面波动的相位描述了界面波动的位置关系。
在相同时间内，波动处于不同位置的油水界面具有不同的相位。
二、影响油水界面波动的因素油水界面波动的形成和发展受到多种因素的影响。
以下是几个常见的影响因素：1. 表面张力：油和水的表面张力不同，会导致油水界面波动的不稳定性。
表面张力较大的液体在接触面附近会形成凸起，增加界面波动的强度。
2. 流体粘度：油和水的粘度不同，会影响油水界面波动的速度。
粘度较高的液体波动速度较慢，形成的波长较长。
3. 界面活性剂：某些物质的存在可以影响油水界面波动的形态和稳定性。
界面活性剂可以改变液体的表面张力和界面波动模式。
4. 外界扰动：外部环境的变化，如气流、机械振动等因素会引起油水界面波动的频率和振幅的变化。
5. 液体流动：液体的流动速度和流动方式也会影响油水界面波动的形态。
流动速度较大时，波动传播的速度较快。
三、油水界面波动的应用与展望油水界面波动在实际应用中具有一定的价值和意义。
泥沙流循环水槽的水动力性能_侯瑞琴
132 ～ 1 320 r/ min , 确定作用 于螺旋桨叶上的推
力:
洞都采用维托辛斯基曲线 :
R=
R2
1-
1-
R2 R1
]2
[ 1 -(z/ zo)2] 2
1
+
1 3
(z /
z o)2
3
,
式中 :R 为收缩段半径 , Z 为沿中心线距离 , Zo 为 收缩段长度(ZO =4R 2).
收缩段出口处常有一段长度为 0 .4R 2 的平 直段 .实验证明 , 按照此曲线做成的收缩段 、出口
Abstract :T he sand flow circulating w ater channel is developed by the Engineering Desig n and Research I nstitute of G eneral E-
quipment Department ;it is used in the test of circumstance simulation .As we know , when the soldiers cross a river with small arms ,sand will go into the bo re of the gun .So we must consider w hether the g un will go w rong or not .I n this paper , the hydrody namic performance of this channel was introduced .
Hydrodynamic performance of sand flow circulating water channel
波浪水槽综合实验
波浪水槽综合实验一、实验目的：1、了解波浪水槽实验的基本原理和理论基础：包括基本造波方法、波浪理论、相似理论和近岸波浪传播现象2、了解造波机、浪高仪的基本构成和测量原理。
3、 通过实验采集一组波浪信号，分析波浪频谱特征4、 观测海堤附近波浪现象和越浪形态。
二、实验原理：1.造波方法和基本波浪理论自由表面重力波是船舶工程、海洋工程和海岸工程领域十分普遍的现象，配备造波机的波浪水槽是模拟波浪与二维结构物相互作用的常用实验设备。
通过给定造波信号由液压泵或步进电机控制推板运动，在波浪水槽中产生特定波列。
距离造波板2-3个波长外可以略去局部非传播模态的影响，可认为水槽中为行进波。
在水槽中通过浪高仪可以测量水槽中不同位置的波面时间过程线。
水槽中常用测力天平和压力传感器测量水动力载荷。
水槽末端设置多孔介质构成的消波区，消除反射波。
图1 波浪水槽示意图2.相似原理自由表面重力波的恢复力是重力，进行以重力为主要作用的流动实验通常采用重力相似准则或傅汝德数相似，其定义为/Fr v =，其中为流速，L 为特征长度，为重力加速度。
v g 波浪断面模型实验一般按重力相似准则设计。
若取几何比尺/2L p m L L 0λ==，有关物理模型比尺如下：时间比尺： 4.47t λ==速度比尺：4.47v λ==重度比尺： 38000WL λλ==单宽流量比尺：89.44Q λ==式中为工程原型长度，为模型长度。
pL mL 风速模拟通常按重力相似，风速测点位于测量断面上方中心。
3 近岸波浪现象3.1 线性波浪理论在平底均匀水深域中，根据势流理论波浪呈周期性分布。
单色行波波浪参数包括波浪周期T ，波长L ，波高H 和水深h ，如图2所示。
周期、波长和水深满足色散关系，对于线性波浪其表达式为，，其中波浪圆频率2tanh gk kh ω=2/T ωπ=，波数2/k L π=。
波高水深比为小量的波浪称为小振幅波，可用线性波浪理论描述，见图3。
基于光滑粒子方法的推板式波浪水槽实验研究
基于光滑粒子方法的推板式波浪水槽实验研究吴宗铎;严谨;赵勇;许斐【摘要】波浪数值水槽是波浪研究方面的一个十分重要的实验装置.目前针对造波水槽所展开的数值或实验研究,多将造波系统的设定参数作为波浪的参数,而未考虑设定参数与实际参数之间的误差.利用推板造波的实验装置进行造波,并借助视频拍摄来捕捉造波板的运动,而波浪参数则由波高仪的数据采集来得到.推板造波的过程,则用光滑粒子方法来进行数值模拟.造波过程中,造波板的运动同样采用实测的参数,并计算了不同时刻的波形曲线和水面高度随时间的变化.光滑粒子的模拟结果与实验结果比,吻合的非常好.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2019(019)007【总页数】6页(P24-29)【关键词】实测波浪参数;波浪数值水槽;推板造波;光滑粒子【作者】吴宗铎;严谨;赵勇;许斐【作者单位】广东海洋大学海洋工程学院,湛江524088;广东海洋大学海洋工程学院,湛江524088;大连海事大学船舶与海洋工程学院,大连116026;上海船舶研究设计院,上海201203【正文语种】中文【中图分类】O35221世纪是世界公认的海洋的世纪，而研究波浪运动规律对于远洋运输、舰船制造、科学研究等方面，都具有相当重要的理论价值和实际价值。
造波机是波浪的实验研究中必不可少的一种实验装置，在海洋工程实验室中占有极为重要地位。
利用造波机可以结合水池或者水槽完成。
相比大型的水池，实验水槽建造成本低，且能满足大多数二维造波的实验需求。
围绕造波水槽展开的研究也比较多，滕斌[1]等利用完全非线性的波浪势流理论，建立数值波浪水槽的计算模型，实时模拟造波板的造波运动。
谷汉斌[2]等则以Navier-Stokes方程为基本控制方程，用Level-Set法追踪自由水面，模拟推板造波运动。
王修亭[3]在开源程序平台OpenFOAM上建立主动吸收推板造波的水槽模型，模拟了规则波和不规则波的波浪运动。
李晖[4]等则利用Fluent软件模拟了造波和消波的运动。
基于FLUENT二次开发的数值波浪水槽_杨锦凌
在前端消波区： um cu j (1 c)ul ； vm cv j (1 c )vl ； pm cp j (1 c) pl 。 其中 [c]x min 0 [c]x max 1 。 在尾端消波区： um cu j ； vm cv j ； pm cp j 其中 [c]x min 1 ； [c]x max 0 。 将以上各区域的速度和压力表达式代入连续性方程（1） 和动量方程（2）和（3）后，得到水槽中各功能设置区内的 动量源项为： 造波区：
自由面的追踪采用 VOF 方法，即体积分数函数 q 定义
q =1，则表示单元内全部为第 q 相流体；若 q =0，则说明 该单元内没有第 q 相流体；若 0＜ q ＜1，则该单元称为交
q=1 代表气相，q=2 代表液相。 q 满足方程：
为单元内第 q 相流体所占有体积与该单元的体积之比。即若
利用软件的二次开发为数值波浪水槽添加造波、消波模块，在模拟水槽造波的基础上，分别验证了水槽末端以及造 波端消波的有效性，通过与以往造波、消波方法相对比，表明本文基于 FLUENT 软件建立的造波、消波功能的数值 波浪水槽具有高效性和精确性，为波浪与建筑物作用的后续研究工作奠定了基础。 关键词：FLUENT；源函数；二次开发；数值水槽 中图分类号：TV139.2 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2012）05-0059-03
第 5 期 杨锦凌等：基于 FLUENT 二次开发的数值波浪水槽 61
图 c 波腹点处波形随时间过程线
界面单元，对于波浪流动问题，它属于水、气分层交界，即
2
图2
不同位置处波面数值解与理论解对比
（2） 水槽末端消波有效性的验证： 设定数值波浪水槽长 度为 60m，水深为 2m，波要素采用波高为 0.1m、周期为 1.99s。将造波和末端消波的动量源项添加到图 1 水槽各相 应功能设置区域，当对水槽进行造波和水槽末端消波时，在 水槽工作区 0.1L、3L、5L （其中 L 为波长） 处，监测波 面同线性波理论解的对比如图 3（a） 、 （b）和（c）所示，与 图 2 相比，由于减小了水槽工作区的长度，波浪的沿程衰减 随之减小，因此模拟得到的波形与理论波形吻合良好，另外， 利用此方法能够得到了长历时的稳定波浪，说明水槽末端的 消波效果良好。
快堆钠池自由液面波动的三维数值模拟_韩标
第3期年6月核动力工程Nuclear Pow er Engineering 第18卷1997Vol.18.No.3Jun.1997注: 本课题为国家863高科技项目快中子实验堆专题。
1995年11月7日收到初稿,1996年6月28日收到修改稿。
快堆钠池自由液面波动的三维数值模拟韩标姚朝晖叶宏开王学芳(清华大学工程力学系,北京,100084)采用VOF 方法成功地模拟出了含有各种复杂进、出口流边界及各种障碍物的三维液面波动,并可用部分单元体法求解任意形状容器内含自由液面的液体运动。
针对影响快堆钠池液面波动的各种因素,可给出不同工况下液面的波动形状、钠浪波动的最高位置和最低位置以及钠浪涌的量级。
本文提供了VOF 数值方法的主要原理,在NASA -VOF3D 的基础上开发了计算分析程序,及快堆钠池液面波动的部分计算结果。
关键词快堆钠池液面波动数值模拟1前言目前,快中子增殖堆的开发受到广泛的重视。
由于液态钠具有优越的物理性能和热工性能,因此各种型式的快中子增殖堆都选用液态钠作为快堆堆芯的载热剂。
钠冷快堆一回路有两种回路形式:回路式和池式。
从目前发展状况和趋势看,明显倾向于池式结构。
由于钠具有较活泼的化学性质,高温下极易与空气发生剧烈的化学反应,因此在钠池中钠液面上充满了氩气,作为保护气体。
这样,钠液的波动,很可能把部分氩气夹进液体中,形成气泡,影响一次钠回路系统的载热效应,甚至造成事故。
因此,对快堆钠池液面波动进行数值模拟计算,根据钠池中钠液流动状态和钠池液面的具体波动情况,为快堆钠池结构设计提供直接的依据,是快堆设计研究的重要课题。
2含自由液面流体流动的数值模拟处于平衡状态的液体,在某种扰动作用下原平衡状态受到破坏,若液体不可压,这些扰动会立刻传到整个流场,迫使液体产生振荡运动,液体的自由面形状将发生变化,液体波动现象十分复杂。
计算含自由液面的流动,归根到底是结合具体的边界条件和初始条件,对连续方程及运动方程(Navier -Stokes 方程)进行数值计算。
循环水槽
海洋工程有关的建筑物、结构体、水面作业船、深潜器、浮体等在水中的运动及流体动力测试，流场的观察 以及有关测试仪器的试验。
渔，渔具和养殖设备等有关物体在水中的运动及流体动力测试，流场的现察以及有关测试仪器的试验。
特点
循环水槽重要特点之一是适宜于进行流场的观察。记录所观察流体的运动是研究流体力学问题的重要方法。 许多较复杂的问题无法从分析方面来进行研究，而用观察的方法却可以得到一些重要的结果。例如1883年英国科 学家雷诺(Reynolds)采用红墨水在管道流动中所显示出水流的性能，定义了层流，湍流的基本概念，从而上升到 理论的高度，创建了著名的流体相似定理，命名为雷诺数；又如1904年Prenatal提出重要的边界层概念，是根据 小型水槽流动显示观察的结果而得出的；而60年代发现湍流内近壁区的“猝发现象”这一突破也是根据简易的流 动显示技术而观察得到的。上世纪80年代，在水槽中观察到肥大船型尾部的交叉流，产生分离形成旋涡。此外还 观察到各种球鼻首在船底所引起的复杂流动等等。因而有关肥大船型的离体现象，船舶边界层内的三元流动等等 都需要从观察流动现象入手来建立正确的简化的物理模型。可见对流动显示的观察和摄影，是在设计和使用循环 水槽时所应考虑的重要任务之一。
现有循环水槽大体可以分成三类：一为常规型，二为减压型，三为风浪流水型。其中常规型又可细分为两种： 有蓄水池型与无蓄水池型。前者又可以称之为流动中断型，后者又可称之为循环流水型。他们的能量比分别为12 和1.5(能量比≈泵马力÷工作段流体的动能流量)。设有蓄水池的目的是避免水泵的扰动影响了工作段流速的稳 定性，但这样一来使水流的循环被切断，从而损失了全部的动能，因为所需的功率比循环流水型大8～10倍。英 国国家物理实验室(NPL)在实际使用中将蓄水池充满水后形成水流的连续循环，结果证明水泵的扰动的影响几乎 可以忽略，因此在试验水流速度不太高时一般都采用循环流水型。
一种改进的基于FLUENT的三维波浪水槽模拟方法
在海洋和海岸港 口工程中 ，船舶 和海洋结构物 的 部分试验研究需要在波浪水槽 中进行 。随着数值计算 方法和硬件的发展进步 ，采用计算机模拟波浪水槽 的 方法研究波浪传播及其对船舶 和海洋结构物 的影响 已 变得越来越普遍。 国、内外学者针对数值波浪水槽 的 相关研究主要集 中在波浪的运动特征 和形态 、波浪对 结构物 的作用和造波模式等方面 ，并取得 了一定 的成 果 。在波浪数值模拟方面 ，通 常采用 的方程包括 ：基 于势流理论 的 Ｌ ａ ｐ ｌ ａ ｃ ｅ 方 程 、综合 考虑折 射和绕 流 的 缓坡方 程 、Ｂ ｏ ｕ ｓ ｓ ｉ ｎ ｅ ｓ ｑ方程 和 Ｎ — ｓ方 程等 。 。由于 某些方程对流体黏性或忽略不计 ，或以能量耗散项 的 形式计人 ，在海浪模拟方面存 在一定 的失真 。而采用 黏性流体运动 的 Ｎ ． ｓ方程进行建模和分析 ，可以完全 考虑流体 的运动规律 ，更好地模拟海 浪的运 动 。
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｂ ｙ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｗ ａ ｖ ｅ ｔ ａ ｎ ｋ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ， ａ ｎ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｗ ａ ｖ ｅ ａ ｂ ｓ ｏ ｒ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ｅ ａ ｗ ａ ｓ ｏ ｆ － ｆ ｅ ｒ ｅ ｄ ｗｈ ｅ ｎ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｆ Ｌ Ｕ ＮＥ Ｔ ｔ ｏ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ３ － Ｄ ｔ ａ ｎ ｋ ．Ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗａ ｓ ｐ ｕ ｔ ｉ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ Ｆ Ｌ ＵＥ ＮＴ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｒ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｔ ｏ ｍ— ｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ．Ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍａ ｌ ｗａ ｖ ｅ ａ ｔ ｔ ｅ ｎ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｅ ｎ ｅ ｒ ｙ ｇ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗ ａ ｓ ｄ ｅ ｃ ｉ ｄ ｅ ｄ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｅ ．Ｔ ｈ ｉ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ３ － Ｄ ｔ ａ ｎ ｋ ｐ ｅ ｒ ｆ ｅ ｃ ｔ ｌ ｙ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｉ ｓ ｓ ｉ ｍｉ ｌ ａ ｒ ｗ ｉ ｔ ｈ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ．
吉红香黄本胜
0.2
0.1
滩地水深23cm(C组)
0.1
滩地水深30cm(E组) 滩地水深27cm(D组) 滩地水深23cm(C组)
0.0
0.0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
N20
防浪林宽度b (m)
N20
防浪林宽度b (m)
梅花形排列种植方式
矩形排列种植方式
图 7 同一波高消浪系数随种树带宽度变化关系
-6.0 -5.0 -4.0 -3.0 -2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
滩地水深30cm(E组) N20
(m)
滩地水深30cm(E组) N20
滩宽(m)
刚性树干对波高沿程变化的影响
带有枝叶植物对波高沿程变化影响
图 6 不同滩地植被时波高为 20cm（滩唇处）规则波沿滩地变化比较
和实验室的设备条件，设计成正态模型，概化模型按几何比尺 lr = 1/10 。
试验在广东省水动力学应用研究重点实验室的波浪水槽中进行。波浪水槽长 66m，宽 1m，高 1.6m。模型放置的试验段用玻璃墙将波浪水槽分成二元水路，两侧均布置波高传感器，一侧有防 浪树、一侧无防浪树，可作对比。不规则造波机由控制室计算机通过不规则造波系统软件控制推
10
5
0
-5
-10 2
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 滩地水深30cm(E组) N20
t (s) 3
滩地2号探 头 滩地3号探 头 滩地4号探 头 滩地5号探 头（堤前）
t (s) 3
215502028_水中运行设备共振幅频特性研究
２０２３年５月水 利 学 报ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ第５４卷 第５期文章编号：０５５９－９３５０（２０２３）０５－０６１０－１１收稿日期：２０２２－０９－０９；网络首发日期：２０２３－０５－１９网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２３０５１８．１１３５．００１．ｈｔｍｌ基金项目：中国水利水电科学研究院科研专项项目（ＨＭ０１４５Ｂ４３２０１６）作者简介：徐洪泉（１９５５－），教授级高级工程师，主要从事水力机械开发及稳定性研究。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｕｈｑ＠ｉｗｈｒ．ｃｏｍ水中运行设备共振幅频特性研究徐洪泉，周 叶，廖翠林，曹登峰，邹志超（中国水利水电科学研究院，北京 １０００３８）摘要：在水力机械等淹没水中设备的运行中，常遇到剧烈振动造成设备损坏等故障，多认为由共振引起。
本文首先对单自由度简谐振动系统自由振动、强迫振动方程的稳态振动解进行无量纲化处理，计算出不同阻尼比条件下的共振频率比、共振幅值比，发现阻尼比、共振频率比、共振幅值比三者之间存在一一对应的单调变化关系，并据此提出了分别测量设备在水中及空气中的自由振动频率，假定空气中自由振动频率为设备固有频率，再依次确定水中阻尼比和共振幅值比的反求式估算方法。
本研究采用敲击法进行了混流式水轮机模型转轮水中及空气中自由振动频率测试，发现其水中自由振动频率比空气中低，其水中一阶自由振动频率与空气中一阶自由振动频率之比约为０．７５８～０．８７２；如假定该值为水中自由振动频率比，可计算出相应的水中阻尼比为０．６５２～０．４９０，共振幅值比约为１．０１～１．１７。
本研究还进行了中间固定两侧悬臂梁在空气及水中的真实共振试验，在两侧悬臂梁计算固有频率附近均发生明显共振，发现水中共振频率比空气中明显降低，用反求法获得的水中共振幅值比小于２，水中共振幅值对空气中初始振动幅值放大倍数也非常小，进一步说明水中共振时对激振幅值的放大作用非常有限。
带导流筒搅拌槽中循环流量的实验研究
2002年第23卷第1期华 北 工 学 院 学 报V o l.23 N o.1 2002 (总第81期)JOURNAL OF NORTH CH INA INSTITUTE OF TECHNOLOG Y(Sum N o.81)文章编号:100625431(2002)0120025205带导流筒搅拌槽中循环流量的实验研究Ξ肖建军,包雨云,黄雄斌,施力田(北京化工大学化学工程学院,北京100029)摘 要: 目的 研究带导流筒搅拌槽内循环流量的影响因素,优化搅拌桨型式.方法 在直径为0.5m和0.8m的带导流筒的搅拌槽内,采用热示踪热响应法系统考察了搅拌桨型、叶轮雷诺数、导流筒直径和离底距离、静液位高度、列管设置及其流通面积对循环流量的影响.结果与结论 优选出新的能产生更大循环流量的搅拌桨型式,得出各结构参数对循环流量准数的影响情况.关键词: 导流筒;循环流量;搅拌桨中图分类号: TQ027.2 文献标识码:A0 引 言 文献[1]对导流筒—搅拌槽体系内的固—液悬浮进行了研究,分析了该体系中各主要参数对搅拌水力学性能和均匀悬浮性能的影响,初步讨论了各主要参数的优化方向.O ldshue[2]提出了该体系内流量、压头、功率的关联式,为后续的研究工作提供了理论指导.对循环流量的研究,大多数是在不带导流筒的搅拌釜中进行[3],对带有导流筒结构的研究文献报道很少,而在釜内同时安装有列管换热器及导流筒结构的搅拌釜反应器内的循环流量的研究未见文献报道.作者采用目前聚酯生产中酯化反应器的搅拌桨与北京化工大学专利搅拌桨进行对比,系统地研究了搅拌叶轮雷诺数、导流筒直径、离底距离、静液位高度以及釜内换热列管对循环流量的影响.1 实验部分1.1 实验装置1.1.1 搅拌桨实验所用的桨型:①为5叶下压式的简易型轴流桨;②为5叶CB Y桨;③为5直叶透平桨,分别如图1(a),1(b),1(c)所示.图1 搅拌桨示意图F ig.1 Schem atics of i m pellerΞ收稿日期:2001212213 基金项目:部级基金资助项目 作者简介:肖建军(1972-),男,硕士生1从事专业:化学工程1(a )(b )图2 桨①及桨②的叶片正视图F ig .2 F ront view of blade of the i m peller ①and ②浆①是工业用浆,其叶片结构为三折叶,叶片的安装角度为Β(见图2(a )),且叶片端部与叶片根部的角度一致;桨②为北京化工大学专利桨,叶片与流体的作用面为平滑的曲面,叶片的根部安装角为Βa (见图2(b )),且沿着叶片半径方向向外角度逐渐减小,叶片的端部角度为Βt (Βt <Βa ).平桨③的叶片宽度为40mm ,该桨的特点是能在槽内产生较大的径向流动,因此一般将其置于导流筒下沿外端,以增大导流筒出口处的径向流动,从而加大槽内的循环流量.图3 列管换热器示意图F ig .3 T ubular heat exchanger 1.1.2 搅拌槽及其内构件 在直径d 为0.5m 和0.8m 的搅拌槽中采用单层桨(即①和②)和双层桨组合(即①+③和②+③)进行研究.③桨作为底层桨,两层桨层间距分别为0.162m (在0.8m 的搅拌槽中)和0.101m (在0.5m 的搅拌槽中),搅拌桨直径D 为导流筒直径d 1的94◊.釜内安装4块挡板,挡板宽度为完全挡板(即0.1d );导流筒内安装5块挡板,挡板宽度为1 3d 1.搅拌槽的内部构件尺寸如表1所示.在导流筒和槽壁间装有垂直列管式换热器,工业用列管式换热器的管内是反应物,管间为加热介质.在冷模实验中,采用自来水模拟反应物,管间没有物料.列管式换热器的结构如图3所示.实验所用的介质为水,温度约为(23±5°)℃.表1 实验所用搅拌槽及其构件的尺寸Tab .1 Structural param eters of agitating tank and its components槽直径d mm500800导流筒直径d 1 mm182170154285离底距离△C mm 927252108液位高度H mm4615807208001.2 循环流量测量方法循环流量的测量方法可分为接触法和非接触法[3].由于要在导流筒和槽壁间设置列管式换热器,因1-搅拌槽;2-挡板;3-列管换热器;4-导流筒;5-桨叶;6-冰点;7-热电偶探针图4 实验系统装置图F ig .4 T he experi m ental system此可选用热电偶法,该法精度较高,热电动势便于记录、处理.采用热电偶法测量流体的速度时,由于热电偶探头由多个热电偶探针串联而成,探头的体积较大(最大外径约为8mm ),这样测量的速度值相对于流体的真实速度会偏小.用桨①+③在槽径为0.8m且无列管的情况下,在不同的液位高度对用数小球法测得的流量准数值对热电偶法测得循环流量准数值进行标定,结果如表2所示.由表2可见,由于热电偶法测量流体速度时,探头的存在决定了其测得的速度偏小,因此在计算循环流量准数时应补充校正偏差才为流体的真实的流量准数(表2中,校正系数k =N q c (小球法) N q c (热电偶法))表2 标定结果Tab .2 Calibrati on data液位 mm N q c (数小球法)N q c (热电偶法)校正系数5800.780.631.2387200.7060.571.238 所用热电偶温差法的装置如图4所示.实验时,在液面上方瞬间加入约400mL 温度为(95±5)°C 的热水,当热流体流经两平行于搅62华 北 工 学 院 学 报2002年第1期拌轴热电偶探针时,热电偶探针先后感应温度的变化,同时记录两热电偶探针的响应信号,把温度信号通过PCLD 转换为电动势信号再通过PCL 放大器放大输入给A D 板,并输入计算机,最后由计算机完成数据的记录和存储,绘制出电压变化与时间(∃U -t )图.由两探头突变点的先后可读出流体经过两探头的时间差(数据采集曲线如图5所示).两探头间的距离已知,可计算出流体流过两探头的平均流动速度.沿径向移动探头的位置,可测量出导流筒内沿半径方向流体的速度分布(假设导流筒内的速度分布呈轴对称),依据速度分布曲线积分计算出循环流量.实验选用E 型热电偶.为增加信号的变化幅度和抗干扰能力,实验中采用了几支由热电偶串联组成的热电偶堆.2 实验结果与分析2.1 叶轮雷诺数对循环流量准数的影响用桨②在槽直径为0.8m ,导流筒直径为0.285m ,液位高度为0.72m ,在装有列管式换热器的条件下,测试了不同叶轮雷诺数对循环流量准数的影响.在本实验条件内,最小叶轮雷诺数R e =9.4×106,远远大于1000,流体处于完全湍流区,如图所示.在实验研究的范围内,循环流量准数N q c 相对于叶轮雷诺数R e 变化不大.这说明在装有列管的导流筒—搅拌槽体系,在完全湍流区内叶轮雷诺数对循环流量准数基本无影响.这与永田进治[4]等人在不带导流筒的搅拌槽内得到的结论:“在完全湍流区,叶轮雷诺数对循环流量准数无影响或影响不大”是一致的.图5 数据采集曲线F ig .5 T yp ical signal ofthe data 图6 雷诺数对循环流量准数的影响F ig .6 Influence of R eno lds num ber on circulati on num ber2.2 导流筒直径的影响在实际的化工生产中,搅拌槽中导流筒的直径一般宜取槽直径的20◊～40◊[2],作者研究的导流筒的直径也选取在该范围之内.在槽径d =0.5m ,d 1 d 分别为0.36,0.34,0.31,当叶轮直径与导流筒直径之比一定时,对几何相似的单层桨研究了D d 对流量准数N q c 的影响如图7所示.在无导流筒的搅拌槽体系中,流量准数与D d 的关系[6]为:N q c ∝(D d )2.5.在实验范围内,由图7可见,D d 对循环流量准数的影响很小.这是因为在导流筒—搅拌槽体系中D d 1恒定,就相当于在无导流筒的搅拌槽内D d 恒定.因此,根据几何相似的原则,循环流量准数不变.当D d 1不恒定时,有待于进一步试验研究.2.3 导流筒下端离底距离对循环流量的影响作者在直径为0.5m 的搅拌槽内,对d 1 d 为0.36的导流筒在静液位高度为461mm 的情况下,通过将导流筒上提研究了导流筒下端距槽底的离底距离分别为52mm ,72mm ,92mm 对循环流量的影响.由图8可见,在实验研究的离底距离范围内,对于同一导流筒直径、同一液位高度的情况下,随着离底距离的增加循环流量也增加.对数据进行指数回归可得出,导流筒离底距离与循环流量的关系为:Q ∝∃C 0.37.C liff [5]等的研究表明,导流筒位置是影响装置性能的重要因素.在∃C =0时,由于循环路径堵塞,导致循环流量为0;在∃C 逐渐增大时,即导流筒下端距离槽底距离越大时,导流筒出口转弯处局部72(总第81期)带导流筒搅拌槽中循环流量的实验研究(肖建军等)阻力变小,与轴流泵类似,这将导致装置泵性能大大提高,使得在相同的功率消耗下,循环流量相应地增加;当导流筒离底距离达到一定的高度时,循环流量将保持不变.在该实验范围内,由于实验点相对较少,且恰好处于上升趋势内,故而随着导流筒的离底距离增大,循环流量也增大.这与程大壮[1]所得的结论是一致的.图7 导流筒直径对流量准数的影响F ig .7 Influence of diam eterof draft 2tubeon circulati on num ber 图8 导流筒下端离底距离对循环流量准数的影响F ig .8 Influence of clearance betw een draft 2tube and the bo ttom of tank on circulati on num ber2.4 静液位高度对循环流量的影响作者分别对桨①,桨②与桨③的组合在580mm ,720mm ,800mm 3个液位的条件下进行了实验测试,得出了静液位高度对循环流量的影响,如图9所示.由图9可见,在本文研究的范围内,①+③与②+③的循环流量和液位高度的关系分别为N q -c ∝(H d )-0.1和N q c ∝(H d )-0.18.可见,随着液位的升高,循环流量略有减小.但在工业应用中,液位对循环流量准数的影响可以忽略.这说明该结果与文献[1]的研究结果一致.2.5 列管式换热器对循环流量的影响为了研究列管数目对循环流量的影响,作者对①+③组合在相同转速,只改变列管数目即改变导流筒外壁与槽壁间列管换热器的流通面积的情况下进行了测量,测得的循环流量的变化如图10所示.图9 静液位高度对循环流量准数的影响F ig .9 Influence of liquid level on circulati on num ber 图10 列管开孔率对循环流量准数的影响F ig .10 Influence of circulating area on circulati on num ber 从图10可以看出,在搅拌槽内加列管式换热器增加了流体的流动阻力,在转速相同的条件下,随着流通截面积的减小,循环流量明显降低,当开孔率(S i S c )接近0时,循环流量准数应为0;当导流筒与槽壁间没有设置列管式换热器,即开孔率为1时,循环流量远远大于有列管式换热器时的流量.由于工业中常用的开孔率在0.08～0.2之间,因此作者由实验数据可回归出,在此区间循环流量与流通截面积的关系为:Q ∝S i 0.46,这主要是由于叶轮对流体所做的功大部分用于流体流动阻力的消耗上,由此导致循环流量大大降低.82华 北 工 学 院 学 报2002年第1期2.6 桨型对循环流量的影响O ldshue [2]指出,带导流筒的搅拌槽具有与轴流泵类似的特性,因此在带导流筒的搅拌槽中,为了获得较大的循环流量应选用速度分布相对平坦的叶轮型式.为了验证桨②在导流筒中应用比桨①更具优越性,作者实验研究了两种桨型沿径向的轴向速度分布,结果表明:桨②的速度分布相对于桨①其分布平坦,且在相同的功耗下,其速度值大于桨①的速度值.所以在相同的功耗下,桨②比桨①具有更大的循环流量.为了研究桨型对循环流量的影响规律,作者分别对如表3所示的3种组合进行了研究.即在相同输入功率、无列管换热器的情况下对①与①+③进行实验测试和比较;相同输入功率,有列管换热器时,①与②的比较;以及在相同输入功率,有列管换热器时,①+③与②+③分别进行了对比.为便于比较,作者均以3组中各组中流量较小的为1,进而比较Q Q m in ,3种比较的结果见表3.表3 不同桨型Q Q m in 的比较Tab .3 Q Q m in of the different type of i m peller桨型对比①与①+③①与②①+③与②+③桨 型①①+③①②①+③②+③流通面积 m 20.7850.7850.07230.07230.07230.0723Q Q m in 1.01.1671.01.2311.01.191 由表3可以看出,在相同的输入功率,无列管换热器的情况下,①+③双层桨组合的循环流量比①的单层桨的循环流量高16.7%.可见,目前工业用桨,双层桨的组合优于单层桨的混合效果.在相同的输入功率,有列管换热器的情况下,新开发的CB Y 桨与原工业桨相比,循环流量提高.对于单层桨,CB Y 桨的循环流量比原工业用桨提高了23.1%;对于双层桨,②+③的循环流量比①+③的流量提高了19.1%.这主要是由于CB Y 桨的轴流效果比现在工业用的简易轴流桨好.参考文献:[1] 程大壮.对带导流筒内循环流量的研究[D ].北京:北京化工大学,1985.6～11.[2] O ldshue 编著;王瑛琛译.流体混合技术[M ].北京:化学工业出版社,1991,302～316.[3] 徐世艾,冯连芳,顾雪萍等.搅拌釜中自浮颗粒三相体系的混合时间[J ].高校化学工程学报,2000,(4):328～333.[4] 永田进治编著;马继禹译.混合原理与应用[M ].北京:化学工业出版社,1984.123～127.[5] C liff M H ,Edw ardsM E ,O n ieri I .M ix ing characteristics of a stirred reacto r w ith an ax ial flow i m peller [J ].P roc .Conf .O n F liud M ix ing ,1981,(64):1～11.[6] 丁绪淮,周理.液体搅拌[M ].北京:化学工业出版社,1983.25～33.Exper i m en tal Study on C irculati ng Fluxi n a Stirred Tank w ith D raf t -tubeX I AO J ian 2jun ,BAO Yu 2yun ,HU AN G X i ong 2b in ,SH IL i 2tian(Chem ical Engineering Co llege ,Beijing U n iversity of Chem ical T echno logy ,Beijing 100029,Ch ina )Abstract :A i m To find ou t the facto rs w h ich affect the circu lating flux in an agitated tank w ith draft 2tube ,and op ti m ize the typ e of i m p eller .M ethods T he effects of i m p eller typ es ,the R eno lds num ber of i m p eller ,diam eter of draft 2tube ,clearance betw een draft 2tube and the bo ttom of tank ,liqu id heigh t ,the tube num bers and the circu lati on area on the circu la 2ti on flux w ere system atically investigated by therm o 2tracing system in a flat bo ttom ed cylin 2drical vessel of 0.5m and 0.8m in diam eter ,equ i pp ed w ith a draft 2tube and m odeling heat exchange tubes .Results and Conclusion A new typ e i m p eller w h ich can i m p rove the circu 2lati on flux in agitating tank is exp lo ited .T he effects of the differen t structu re p aram eters on the circu lati on num ber are show n .Key words :draft 2tube ;circu lati on flux ;i m p eller 92(总第81期)带导流筒搅拌槽中循环流量的实验研究(肖建军等)。
二维矩形弹性液舱内液体晃荡数值模拟研究
ｐ — —表 面大 气压强 。 。
１ ４ 流 固耦合 系统方 程 ．
不管结 构模 型使 用线 性 或 者 非线 性 ， 由于 流
图 １ 尺寸 为长 Ｌ＝１ ０ｍ， Ｈ＝１ ｎ 静 止 水 深 ， ． 高 ０Ｉ，
为 ｈ＝０ ５ｍ， ． 液舱 壁厚 ６＝１ ｍ， 构 的材料 参 ０ｍ 结 数 为 Ｐ＝ ． ７ ８×１ ｋ／ 弹 性模 量 Ｅ＝ １ Ｐ ， ０ ｇｍ ， ２０Ｇ ａ
上。
式 中 ： ， Ｆ —— 流体 与结 构相 应 的有 限元 方 程 。 Ａ Ｉ Ａ在 求 解 流 固耦 合 问题 时 有 直 接 耦 合 ＤＮ 求 解 和迭代耦 合求 解两 种方 法 。本 文 在研究 液体 晃 荡 问题 时 采用 直 接耦 合 法 ， 同时 求 解 流体 运 动 和 结 构 的 响 应 。直 接 耦 合 求 解 时 采 用 Ｎ ｗｏ ． ｅ ｔｎ
面上 任意 时刻法 向位移 都是 相等 。
１ ２ 控制 方程 ．
老 古ｙｇ ８ 考 一业 ｕ ｘ ， ｏ ＋＋ ａ ＋ｙ Ｏ ＝
（
ｃ Ｉ
１２ １ 结构 运动 基本方 程 ．． 线 弹性 结构 小变形 时在直角 坐标 系 中的运动
方程 为 ａ ＋Ｆ ＝ｐ ｉ
式 中 ： “—— 垂直 于 自由表 面 的法 向速度 （ 流体 对
域来 讲 ， 以外法 向为正 ） ；
．— —
２ Ａ Ｉ Ａ仿 真 结 果 分析 ＤＮ
２ １ 二 维 刚性 液舱 模型 ．
切 向速度 ；
考虑 一个 足够 长 的液 舱 的横 向运 动 ， 其 作 将 为 一个 二维 问题 处理 ， 略沿 长 度 方 向的流 动 及 忽 液 舱结构 纵 向变形 的影 响 。矩 形液 舱缩 比模 型见
数值波浪水槽中的斜坡式孔隙结构规则波消波研究
度 的孔 隙结 构较 垂直 或水平 的孑 隙结构 消波效 果更好 ， Ｌ
用 孔隙结 构作 消波设施 是 物理水 槽 中常见 的做法 。 在物理模 型 中 ， 隙结构 的孑 隙率 、 径形状 、 径大小 孔 Ｌ 粒 粒 等参数 都受到 实际 材料属性 的限定 ， 消波效果 不一 定能 达 到最佳 ， 而在 数值 模 拟 中材 料 不 受 限制 。因此 ， 数 在 模 中探讨 如何设 置孔 隙结构 参数 、 结构 形状 尺寸使 消波 效 果达 到最佳 ， 相对 物理模 型而 言更加 简便 易行 。
１ 水 流在孔 隙 介质 中运动 的控制 方程 Ｆｏ ３ ｌ Ｄ将 连续 性方 程和不 可压 缩 粘性 流 体运 动 的 ｗ Ｎ ｖｅ —Ｓｏ ｅ 方 程作 为流体 运 动的控 制 方程 。 为 了描 ａｉ ｒ ｔｋｓ
述 孔隙介 质 中的水 流流动 ， Ｎ—Ｓ方程 右端 加 人 一个 在 表 示孔 隙结 构对水 流 阻力作 用 的拖 曳力 项 一Ｆ ｕ Ｆ 被 ，
在孔 隙介质 中会 发生 大量 的紊动 ， 选用 了由雷诺数 决定 的拖 曳 系数计算 方法 ， ： 即
性波及 随机 波浪 消波效果 一般 ， 特别 是在 波浪 与结构物
平板 消波结 构 在给定 的水 深和板 长情况 下 ， 在一 个最 存 优 的设 计参 数组 合 ， 得 对 于 各种 波浪 条 件下 ， 构 的 使 结 消波 效果都 能达 到最 佳 ， 发现具 有一 定倾斜 角 的孔 隙 且
超高速自由液面循环水槽高品质测试流场技术
超高速自由液面循环水槽高品质测试流场技术陈建平;夏丁良;朱健申;王宗龙【摘要】超高速自由液面循环水槽的关键在于如何在开式状态下形成平稳的自由液面,通过建立自由面形成技术,从水力系统导流、整流、消能和主循环泵与辅助泵系统匹配等多方面权衡设计,以保证工作段速度从低速到高速时自由面的稳定度和不均匀度.采用LDV或PIV技术,测量不同水速下工作段区域多个截面的速度分布以及自由液面的波高,得到工作段流场分布,以及基本性能状态,验证自由面形成技术的合理性和可行性.为未来在该设备上开展试验提供了初步的测试数据支撑.【期刊名称】《船舶》【年(卷),期】2019(030)002【总页数】8页(P85-92)【关键词】超高速;自由液面;循环水槽;测试工作段【作者】陈建平;夏丁良;朱健申;王宗龙【作者单位】中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011;中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011;中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011;中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011【正文语种】中文【中图分类】U661.3引言喷水推进适用于高性能船舶，作为一种高效推进方式，喷水推进具有声隐身性能优良、推进效率高、操纵性能优异、适应多工况能力强等特点，对舰船声隐身性能和综合航行性能将有极大提升作用。
基于喷水推进自身特点设计的超高速自由液面循环水槽，可开展喷水推进水动力方面的多项试验，主要是喷水推进系统的流场特性，如喷水推进器内外流场速度分布、压力分布等特性和力特性，即测量喷水推进装置的推力。
超高速自由液面循环水槽的主要特点就在于具有开式工作段，可形成从0～10m/s的流速，测试时最高流速可达12 m/s，同时自由液面保持水平在指标范围内，自由液面形成技术是本循环水槽的关键，本文对此进行阐述。
通过对工作段的流场进行测试，得到不同流速下工作段各截面的速度分布，确定稳定流速区域，作为模型试验前的测试参考。
1 构成及试验能力超高速自由液面循环水槽主要用于喷水推进流场及力特性分析，可开展喷水推进装置的进口流道试验、力特性试验、平台相互干扰试验、喷水推进装置操舵倒航等试验。
循环射流混合槽压力波动时间序列差异性分析
循环射流混合槽压力波动时间序列差异性分析孟辉波;赵耀;禹言芳;宋明远;吴剑华【摘要】为了研究循环射流混合槽内压力波动信号的前向和后向符号时间序列的动力学特征的差异性，利用等概率原则对PFS（ pressure fluctuation signals）时间序列进行符号化转换，通过修正的Shannon熵选取最佳符号集大小和子序列长度。
利用子序列编码图、时间不可逆转性、秩次图和秩次距离等参数对PFS时间序列进行STSA（ sym⁃bolic time series analysis）研究。
研究结果表明：修正的Shannon熵最小时确定优化符号化参数为n ＝2和L ＝10。
前向与后向时间序列的子序列编码分布相似但其频数不等，表明CJT（ circulating jet tank）内湍流流动呈现多尺度混沌确定性特征。
PFS的时间不可逆性值随着周向角的增加不断增加，随z／H的增大呈现先降低再上升最后降低的趋势，随雷诺数的增加呈现＂W＂型分布。
时间不可逆性值与秩次距离对PFS前后向序列动力学特征的差异性判断相互吻合。
%In this study, we investigated the differences in the flow dynamic characteristics in forward and backward time series of pressure fluctuation signals ( PFS) in the circulating jet tank ( CJT) . We used the principle of equiv⁃alent possibility to symbolically transform the PFS time series. We also used modified Shannon entropy to choose the optimal parameters, including symbolic set size n and subsequence length L . We performed a symbolic time series analysis ( STSA) for the PFS time series using a sequence coding histogram, time irreversibility, a rank order fig⁃ure, and rank order distance. The results show that the symbolic set size n = 2 and subsequence length L = 10 a⁃chieved the minimum of modified Shannon entropy. The non⁃uniform frequency distributions offorward and back⁃ward sequence codes are similar, which indicates the existence of multi⁃scale chaotic deterministic characteristics in the dynamical system of the CJT. The time irreversibility value increases with increasing circumference angles. First it decreases, then increases, and finally decreases again with increasing z/H . It also shows a W⁃type distribution with increasing the Reynolds number. Our difference evaluation results by time irreversibility have good agreement with the rank order distance of the forward and backward time series of the PFS.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2016(037)008【总页数】6页(P1157-1162)【关键词】循环射流混合槽;压力波动;符号时间序列分析;时间不可逆性;秩次距离;湍流;混沌【作者】孟辉波;赵耀;禹言芳;宋明远;吴剑华【作者单位】沈阳化工大学辽宁省高效化工混合技术重点实验室，辽宁沈阳110142; 天津大学化工学院，天津300072;沈阳化工大学辽宁省高效化工混合技术重点实验室，辽宁沈阳110142;沈阳化工大学辽宁省高效化工混合技术重点实验室，辽宁沈阳110142; 天津大学化工学院，天津300072;沈阳化工大学辽宁省高效化工混合技术重点实验室，辽宁沈阳110142;沈阳化工大学辽宁省高效化工混合技术重点实验室，辽宁沈阳110142; 天津大学化工学院，天津300072【正文语种】中文【中图分类】TQ051.7循环射流混合槽作为一种化工过程强化的单元操作设备，有效地解决了聚氯乙烯(Polyvinyl chloride，PVC)传统生产槽底部密封泄漏以及高能耗难题，有效改善槽内混合效果，增加有效生产时间，提高生产效率，广泛应用于精细化工生产中的聚合反应过程[1-2]。
快堆钠池自由液面波动的三维数值模拟
快堆钠池自由液面波动的三维数值模拟
韩标;姚朝晖;叶宏开;王学芳
【期刊名称】《核动力工程》
【年(卷),期】1997(18)3
【摘要】采用ＶＯＦ方法成功地模拟出了含有各种复杂进、出口流边界及各种障
碍物的三维液面波动，并可用部分单元体法求解任意形状容器内含自由液面的液体运动。
针对影响快堆钠池液面波动的各种因素，可给出不同工况下液面的波动形状、钠浪波动的最高位置和最低位置以及钠浪涌的量级。
本文提供了ＶＯＦ数值方法的主要原理，在ＮＡＳＡＶＯＦ３Ｄ的基础上开发了计算分析程序，及快堆钠池液面波动的部分计算结果。
【总页数】6页(P211-216)
【关键词】钠池;液面波动;数值模拟;快中子反应堆
【作者】韩标;姚朝晖;叶宏开;王学芳
【作者单位】清华大学工程力学系
【正文语种】中文
【中图分类】TL433.034
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