排沙漏斗悬板径向坡度对流场影响的试验研究

为了弄清楚溢流悬板径向坡度改变对排沙漏斗流场的影响,通过物理模型试验方法,利用粒子图像流场测速技术(PIV)对悬板径向坡度分别为0、0.087、0.173、0.259时的排沙漏斗模型三维速度场进行了量测,并结合排沙漏斗工作原理对各工况下的切向速度、径向速度、垂向速度及流线进行了对比分析。结果表明:随着悬板径向坡度增加,漏斗室内旋流强度增大,空气涡面积增大,排沙耗水率降低,泥沙颗粒向室内运动机率增大,淤积在悬板上的可能性减小;悬板坡度对漏斗室内的二次流强度和形成位置影响较大,其中坡度为0.173时二次流最为稳定,坡度为0.259时,无二次流形成,不利于底部泥沙输移至排沙底孔;垂向速度分布结果表明坡度为0.259时过渡区垂直向上流速较少,泥沙落淤悬板或者随流溢出的机会最小,但垂直速度相比切向速度和径向速度而言较小,且过渡区范围很小,对悬板落淤和截沙率的影响可以忽略不计。     

排沙漏斗流场特性与排沙机理研究

排沙漏斗是一种截沙率高、耗水率小的二级泥沙处理设施。为了进一步探明排沙漏斗的流场特性和排沙机理,该文采用声学多普勒流速仪(ADV)对排沙漏斗立轴螺旋流进行了三维流场测试,采用雷诺应力模型(RSM)和VOF方法数值模拟了排沙漏斗内清水流场,计算的水流时均流速分布与实测结果吻合良好。通过数值模拟方法得到了全面详细的排沙漏斗流场结构信息,并据此分析了排沙漏斗的排沙机理,提出二次流是排沙漏斗能够顺畅高效排沙的关键。     

灌区排沙漏斗悬板开孔率优化研究

排沙漏斗是高含沙河流水利工程中的重要泥沙处理工程手段,具有广泛的工程应用前景。在排沙漏斗设计中,在悬板非溢流区开孔可以获得更好的水沙分离性能。以某灌区渠首排沙漏斗为工程背景,探讨不同悬板开孔率对排沙漏斗工程效果的影响。结果表明,10%的悬板开孔率工程效果最佳,推荐在工程设计中选用。     

泾惠渠排沙漏斗悬板事故原因分析及设计更改

泾惠渠排沙漏斗工程是引进新疆农业大学周著教授等人发明的“漏斗式全沙排沙技术”，原设计钢悬板在试通水运行刚结束，上部斜拉钢丝绳依次出现断裂，池壁立柱倾斜，随即悬板结构塌落。设计上分析了导致结构失稳的种种原因，经与试验单位协商，重新对模型改进优化，采用在悬板表面设置空腔，缩小过水断面，加大流速，直至悬板表面不再有淤沙沉积，解决了板面泥沙超载问题。并将悬板改为钢筋混凝土下部支撑形式，该形式结构简单，受力作用明确，全部荷载由基础灌注桩承担，安全可靠。     

排沙漏斗悬移质泥沙运动数值模拟

排沙漏斗是一种利用立轴旋涡实现水沙分离的二级排沙设施。为了探明排沙漏斗悬移质泥沙运动特征和排沙机理,采用欧拉-拉格朗日方法模拟了排沙漏斗水气沙三相流动,其中水相和气相采用雷诺应力模型(RSM)和VOF方法描述,悬移质泥沙用颗粒轨道模型描述。通过对计算的悬移质含沙量垂向分布与实验结果的对比,验证了数学模型的可靠性。计算结果表明:在漏斗室外侧区域含沙量分布整体上较均匀,在漏斗室内侧区域的近底部存在一个明显的高浓度带。作者认为,上述排沙漏斗悬移质泥沙含沙量分布特征主要是由排沙漏斗内的二次流引起的。     

平房子灌区排沙漏斗悬板开孔位置优化研究

在排沙漏斗工程设计中,悬板非溢流区开孔可以获得更好的水沙分离性能,具有良好的工程应用前景。文中以平房子灌区渠首排沙漏斗为例,利用数值模拟的方式探讨了不同悬板开孔位置对排沙漏斗工程效果的影响,确定了悬板开孔位置的最佳方案,其成果可为工程设计和相关研究提供借鉴。     

排沙漏斗的水流特性试验研究及其工程应用

根据排沙漏斗模型试验资料，通过对比分析排沙漏斗清、浑水流场特性，初步探明了排沙漏斗的水流结构和输沙机理。同时，排沙漏斗的原型观测和实际应用表明，排沙漏斗的实际工程应用是成功的，与曲线沉沙池和厢形沉沙池等传统工程措施相比，它具有截沙率高、排沙耗水量小、造价低等特点。     

悬板区流场特性及其对输沙的影响

通过物理模型对悬板区流场的测试分析，以及整体模型的浑水输沙试验，揭示了悬板分层式引水渠首“引清”及高效输沙的内在原因，是悬板的设置改变了悬板区水流结构，即悬板水平分割水流，引上层清水，下层由明流生成为有压流，提高了底部流速及流速梯度，获得较高输沙能量，使其高效输沙。     

Ⅱ型和H型立柱对排沙漏斗水沙分离性能的影响

为获取不同立柱体型对排沙漏斗水沙分离性能的影响规律,通过室内试验对不加设立柱、加设Ⅱ型和H型立柱支撑系统的排沙漏斗水沙分离性能进行研究.试验结果表明:无立柱时空气涡贯穿排沙底孔,涡径最大,清水区面积最大,漏斗室内的螺旋流强度最大;加设Ⅱ型立柱后空气涡产生偏移,涡径减小,清水区面积减小,漏斗室内的螺旋流强度减小;H型立柱...     

Ⅱ型和H型立柱对排沙漏斗水沙分离性能的影响大流量进水工况下主隧系统水气运动特性

为获取不同立柱体型对排沙漏斗水沙分离性能的影响规律,通过室内试验对不加设立柱、加设Ⅱ型和H型立柱支撑系统的排沙漏斗水沙分离性能进行研究。试验结果表明：无立柱时空气涡贯穿排沙底孔,涡径最大,清水区面积最大,漏斗室内的螺旋流强度最大;加设Ⅱ型立柱后空气涡产生偏移,涡径减小,清水区面积减小,漏斗室内的螺旋流强度减小;H型立柱下空气涡偏移距离最大,涡径最小,清水区面积最小,漏斗室内的螺旋流强度最小。相较于加设H型立柱,Ⅱ型立柱支撑系统下排沙漏斗的总截除率、泥沙排出率、漏斗室内淤积量、排沙耗水率与悬板下方不加设立柱时相近,为保证悬板安全及较高的截除率,可采用Ⅱ型立柱作为支撑体型。     

涌潮水流CFD数值模拟

涌潮是一种对涉水建筑物冲击巨大的非线性强间断流,实现涌潮的小尺度精细模拟是分析涉水建筑物在涌潮作用下结构稳定性的前提。采用大涡模拟(LES)技术求解N-S方程,利用流体体积法(VOF)实现对自由水面的追踪,边界上给定基于涌潮理论公式推导出的涨潮流速与水深条件,进行了涌潮的小尺度精细模拟。结果表明,数值模拟得到的涌潮传播速度与理论值比较接近,Fr < 1.3时为波状涌潮,Fr>1.5时为旋滚涌潮,涌潮形态分区与前人的试验成果吻合。在涌潮传播过程中,潮头处流速最大,且表层流速波动幅度始终大于中低层流速波动幅度,旋滚涌潮潮头水体紊动比波状涌潮强烈。模拟结果同时表明涌潮潮前水深与涌潮高度是影响潮头流速波动和形态的主要因素。上述涌潮模拟方法可为涌潮河段涉水建筑物的结构设计及安全评估提供参考。     

三峡水库近坝区三维流场及温度场的数值模拟

基于三维不可压缩流动的N-S方程建立水流水温模型,模型在动量方程中考虑浮力作用并取消了静水压力假定,采用大涡模拟紊流模型计算紊动扩散,并考虑水面散热及其太阳辐射的影响因素,适合于对复杂流态及其有密度分层流动的数值模拟。应用所建立的数学模型对三峡近坝区从庙河至坝前水域的三维流场及温度场进行了数值模拟,计算出的水温分布与坝前观测的水温分布二者符合良好。模拟结果表明,三峡水库在蓄水至139 m水位时,垂向没有明显的水温分层,与实测结果相符。     

弯曲管段内流动的大涡模拟

本文应用湍流大涡模拟方法对三维空间的弯管流进行了数值模拟。计算中使用了隐含流线迎风耗散作用具有三阶部分展开的Taylor-Galerkin离散格式，导出了经Gauss滤波流大涡模拟方法适用于边界形状复杂和存在各向异性大尺度涡的流动仿真。     

绕方柱流脉动压力场的大涡模拟

采用有限差分法，对雷诺数为22000的绕方柱流的脉动压力场进行了三维大涡模拟。采用时间分解算子法，将N－S方程分为对流分步、扩散分步和传播分步，再分别进行计算，在大涡模拟中，用两层模型处理Smagorinsky模型在近壁区模拟结果的发散问题。计算的压力场以及阻力系数、升力系数和Strouhal数均与试验结果较为吻合。     

基于VOF模型的泄槽内掺气槽的三维 流场数值模拟

通过采用RNGk}e模型模拟湍流,利用VOF法追踪自由水面,对设置掺气槽前后两种方案 的陡坡泄槽段三维流场进行数值模拟。模拟结果表明,VOF模型是模拟带自由表面水力学问题的较 好方法,能够较好地对掺气空腔的自由面进行追踪。数值模拟结果与模型实测值二者吻合良好,表明 该种方法可用于计算掺气槽内掺气空腔的长度。     

带自由表面后向台阶流的数值模拟研究

后向台阶流是工程领域中一类常见的流动现象,也是流体力学中复杂剪切流动的一个典型例子。针对自由表面对后向台阶流场的影响,在总结前人研究成果的基础上,本文利用VOF方法追踪自由表面,采用realizable k-ε紊流模型封闭控制方程,建立立面二维数值模型,对带自由表面后向台阶流进行了模拟研究。模拟得到4种特征雷诺数工况下,台阶后纵向流速、紊动能、耗散率、边界压力值和水面流速的沿程分布。模拟结果与原型实验观测结果吻合较好。根据模拟结果,对台阶后流场随特征雷诺数变化的规律以及自由水面对台阶后流场分布、漩涡结构和压力值的影响进行了分析讨论。     

基于VOF模型的阿拉沟溢洪道流场数值模拟

采用标准k-ε模型模拟湍流,利用VOF法追踪自由水面,对阿拉沟溢洪道在不同流量下进行三维流场数值模拟,并将设计洪水位和校核洪水位两种工况下溢洪道的自由水面、底板压强、断面流速与模型试验观测数据进行对比分析.结果表明:数值模拟和模型试验资料基本吻合,为阿拉沟水库溢洪道优化设计提供更为可靠的依据.     

网格反应池局部流场的数值模拟

基于N-S方程和标准k—ε模型,应用有限元分析软件ANSYS的CFD功能,在不同网格参数下对反应池局部流场进行模拟,得到不同的流动现象,对部分参数进行分析,结合微涡旋理论,对参数影响大小进行比较。     

窄边非加热区对窄缝流道内流场和温场影响的数值模拟

本文运用商用流体动力学软件CFX数值模拟了非加热区对窄缝流道内流场和温场的影响。研究表明,窄缝内横截面中心线上的速度呈梯形分布,窄边附近流速较低,中间高;宽边完全加热时,流体不足以带出加热板发出的热量,使得角部出现热集中现象;而在角部设计有非加热区后,角部热集中现象得到解决,并且非加热区的存在并没有降低主流的速度。     

挑流消能水气二相流数值模拟

采用VOF法对挑流消能从库区到下游水垫塘进行了全程水气二相流二维数值模拟。模拟了射流的空中轨迹线和水垫塘的自由水面，得到了计算域的流线、压力、流场、紊动能k及紊动能耗散率ε分布，并用物理模型对模拟结果进行了验证，二者吻合良好。说明利用湍流二相流模型及VOF法对空中射流水舌及水垫塘流态模拟是可行的。