摘要：面向半导体、生物医药、电子级化工等领域的超洁净流控需求,提出了一种新的永磁体内嵌式超洁净阀结构。将永磁体嵌入超洁净材料(如超纯全氟树脂)所制的阀芯内,通过阀腔外部的永磁体驱动阀芯启闭,从而实现液体介质的超洁净控制。阐述了该超洁净阀的工作原理及优势,对其流量-压损特性进行了仿真计算,并通过不同开口下流体介质对阀芯作用力与阀腔内外永磁体间磁场作用力的计算,对阀芯受力特性进行了分析,验证了永磁体内嵌式超洁净阀方案的可行性。进而,为改善阀芯启闭与控制特性,对驱动磁场进行了优化设计,并通过仿真验证了其有效性。

摘要：为了解决鱼道水位落差大、流速高、难以平顺过渡问题,提出一种新型的孔-堰结合过流元件;试图通过这种新结构调控上下分流比,获得适宜鱼类洄游的水流条件.采用理论分析、数值模拟与水力模拟试验的综合研究方法,开展了一般性分析与典型鱼道研究.首先对孔-堰的特性及水力计算进行分析,给出适宜的分流模数与设计方法.以某鱼道过渡段为研究对象,对常规多级堰与多级孔-堰的水力特性开展数值模拟和模型试验研究,获得不同边界的流场水力要素.研究表明,具有上下通道的孔-堰呈双峰型流速垂线分布,比无孔-堰的偏态单峰分布更适合不同流层鱼类上溯;多级孔-堰调整了水流结构,使各级潜堰上下游水头差降低30%~50%;堰顶流速降幅达23%~40%,为1.2~2.1m/s,底孔流速保持在0.8~1.3m/s;孔-堰分流比沿程呈逐级增大(13%~39%)特征.孔-堰过流元件使流场整体紊动性减弱,堰顶湍动能降低58.8%~76.9%;底部加糙使能耗结构趋于合理,有益于鱼类上溯与休憩;同时保持平缓、连续的自由水面,具有良好的水力生态调节作用.

摘要：以某大型水利枢纽生态鱼道过渡段为研究对象,采用了溢流堰和底孔相结合布置的新型鱼道形式,利用潜堰过流和底孔出流的特点与优势,较好地解决了大落差、短距离明渠水流平顺衔接问题。借助物理模型试验,研究了原设计方案鱼道过渡段水流特性及存在问题,抓住"过鱼流速"与"水面连续过渡"这2个关键问题,提出"顶部过流、底部过鱼"的新理念。根据过鱼丰满度设计底孔尺寸,通过水力计算分配上下过流流量,进行孔堰型潜堰与加糙设计;开展系列水力学试验分析了孔堰结合型鱼道的水力特性与潜堰体型,对鱼道体型优化进行了研究。结果表明:孔堰结合体型过渡段水流流态良好,能够确保上游窄深矩形和下游宽浅梯形断面水流的平顺衔接;优化后的潜堰孔口分流占总流的15.7%左右,堰顶水头大大减小,各级潜堰堰顶流速基本保持在1.5~1.9 m/s,底孔流速为0.7~1.3 m/s,加糙块提供鱼类休憩掩体,很好地满足了"潜堰平顺溢流,底孔安全过鱼"的鱼道水力设计要求,为生态鱼道过渡段设计提供了新思路。

摘要：为了满足半导体加工等行业的超洁净流控要求,设计了一种超洁净磁悬浮针阀。超洁净磁悬浮针阀以超洁净氟塑料裹覆永磁体为阀芯,以电磁铁为外部驱动,利用磁悬浮原理实现阀芯的无接触控制。阐述了该磁悬浮针阀的工作原理,通过仿真计算,提出电磁铁的设计方案,对电磁铁的线圈和铁芯进行优化,为阀的力学性能和尺寸特征优化提供了方法指导,并针对阀芯受到的径向力和轴向力进行了分析,验证了方案的可行性。

摘要：结合南水北调总干渠穿沁倒虹吸工程水文地质条件和相关工程规范,对河道壅水以及行洪口门冲刷深度进行水力计算,初步确定了穿沁倒虹吸长度。同时对不同流量下倒虹吸的水头损失进行水力计算,得到流量与水头损失的关系。根据水力计算成果再对倒虹吸布置进行校核,对倒虹吸工程的合理设计具有一定价值,也可为类似工程设计提供参考。

摘要：大型输水干渠边坡修复专用钢围堰是一种外动内静的水中钢构筑物,钢围堰在工作状况下结构稳定性十分重要。根据钢围堰的设计结构条件,考虑其在水中的动静荷载,进行流固耦合(FSI)系统的力学分析。首先分析钢围堰的荷载特征,将钢围堰绕流流场的复杂荷载条件简化为作用在结构上的流体压力;然后建立围堰结构的有限元模型。利用ANSYS数值模拟软件,研究各构件的受力状况及整体结构特性。结果表明:上游支撑杆件轴向应力大于欧拉临界应力,且导槽和面板变形量过大,需作结构调整,而中游和下游稳定性满足要求。通过结构优化调整,提出了结构改进方法,成功应用于工程实际,为钢围堰的优化设计提供理论支撑。

摘要：堤防溃口水流十分复杂,了解其水力特性是溃口堵复的基础。利用聚类分析确定的典型溃口特征值,建立了溃口水力模型,进行了溃口流场流态与基本水力要素的观测试验。针对堤防溃口区的复杂流态,利用VDMS系统记录分析了水流流速在溃口区域的分布特性,对堤防溃口中后期水力参数变化规律进行了归纳总结。试验结果表明流场流速最大点出现在溃口口门处,流速一般在4.81~5.80 m/s;溃口下游两侧洪泛区存在大范围涡流现象,回流流速一般在0.64~0.92 m/s;溃口上下游水位~流量与水位~流速的变化规律具有互补性特点,溃口无量纲水位差与单宽水流功率和水深存在相关关系;研究成果深化了对溃口水力特性的认识,为溃口堵复技术研究提供了技术参数。

摘要：大型长距离输水明渠边坡衬砌破坏后,受供水保证率制约通常只能不停水修复,而现有施工技术在深水渠道中难以使用,寻找快速环保地进行明渠不停水修复已成为亟待解决的重大技术难题。突破传统施工围堰概念,提出使用“水下无底拱穹结构”作为大型明渠不停水修复的施工平台。以南水北调中线干渠某渠段为例,采用数值模拟与物理模型验证相结合的方法,开展了空间体的水动力特性及体型优化研究。首先基于水下空间体的构造与选定的约束条件,利用Rhion和Flow 3D软件搭建了研究渠段的三维水动力学模型;分别对设计的三种体型水下空间体进行了水动力数模计算,分析了渠道流态与流场、断面流速分布、回流强度、壅水及阻力损失等水力要素的特征,计算了空间体的绕流阻力,对比总结了三种体型空间体的水动力学特征。结果表明,半椭圆形水下空间体绕流阻力较小,对渠道过流能力影响最小,可考虑作为水下空间体的应用选型。本文的研究为渠道内快速开展不停水维修提供了新思路与技术参考。

摘要：为解决南水北调中线工程在加大流量输水期间出现跨渠桥梁密集段水位壅高、影响工程输水能力问题,选取双洎河倒虹吸-梅河倒虹吸约13.233 km渠段为输水试验段,以试验段内5座典型桥梁为试点,运用流体力学理论进行流线型导流罩基础体型与结构设计并对设计方案进行比选优化,运用数值模拟及原型观测试验研究方法进行桥梁墩柱导流罩应用效果研究。通过原型观测试验,分析验证5座桥梁加装导流罩后试验段的流态及过流能力。结果表明:5座桥梁安装导流罩后,桥梁墩柱附近流态显著改善,试验段水头损失减少64.4%,综合糙率减少8.0%,试验段内过流能力提高8.71%。研究成果可为长距离明渠输水工程中已建桥梁墩柱加装导流罩体型设计以及附近流态原型观测方法提供参考与技术支撑。

摘要：河工模型地形的快速、准确测量对研究河流的水流结构与河床变形具有重要意义。文章采用人工倾斜摄影的方式对某河工模型的地形进行测量,并将测量结果与传统的全站仪测量结果对比。研究表明,人工倾斜摄影测量可以成功建立河工模型地形的三维模型,并可根据三维模型测量出特征的三维坐标,但所测得结果与传统测量方法存在一定系统性的偏差,经传统测量方法测量结果修正后满足规范的精度要求。此外,人工倾斜摄影测量在地形起伏较大、图像难采集的区域有较大的局限性,所以在工作中还需传统测量方法辅助,以解决其在河工模型地形测量中存在的问题。