一种新型舌瓣鼻坎消能工的应用研究

为了解决大石涧水库碾压混凝土重力坝消能区河床集中冲刷问题,结合连续式和差动式挑流鼻坎体形的优点研究提出了一种新型舌瓣型鼻坎消能工,采用物理模型试验和基于Flow-3D的数值模拟研究方法对该新型挑流鼻坎进行了设计方案优化。研究结果表明:该新型消能工可使水流纵向展开、横向扩散,水舌在空中能够充分掺气碰撞消耗其能量,避免水舌集中冲刷河床;可通过调整舌瓣半径改变水流流态及其出流落点,使该新型消能工达到较好的消能防冲效果。     

楼庄子水库溢洪洞出口消能型式数值模拟分析

采用数值模拟方法,对楼庄子水库溢洪洞出口底流消能与挑流效能两种初拟方案进行分析研究,运用标准k-ε计算模型结合流体体积分数法(VOF)追踪自由水面,对溢洪洞不同方案进行了三维水气两相流数值模拟。通过同等计算条件下,设计工况计算成果分析,对比了两种方案的流速矢量图及水气两相流云图,结果:底流消能效果较好;两方案中,底流消能池深、挑流消能挑角均应进一步优化。     

消力池挑流鼻坎试验优化设计研究

通过对某水库挑流消能工挑流鼻坎进行水工模型试验发现,入射水流横向扩散较差,水流集中,不利于下游河道消能防冲。调整平台和护坦宽度,设置斜挑坎,横向水流分布均匀,水舌入水点较理想。并用数值模拟方法对推荐体型进行计算,计算结果与水工试验结果基本一致,说明数值模拟方法可用于挑流消能体型设计,为类似工程提供借鉴。     

窄缝挑坎消能工几个水力参数试验研究

窄缝挑坎消能工以其消能效果显著被广泛运用于高坝建设中,通过建立概化物理模型对窄缝挑坎消能工几个典型水力参数进行模拟研究,根据工程经验分别选取收缩断面前不同来流条件,不同收缩比、挑坎挑角的窄缝体型,共计9组36种试验工况来进行系列模型试验,分析总结其变化影响规律,研究成果可为窄缝挑坎消能工优化设计和进一步深化研究提供理论支持。     

溢洪道挑流鼻坎水气二相流数值模拟研究

针对某溢洪道挑流消能存在的问题,采用VOF方法、立方体网格和k-ε紊流模型对溢洪道整体水力特性进行了三维数值模拟,对挑射水流流态、水舌掺气、水垫塘底板压强、下游河道流速等方面进行了分析。将某溢洪道由原高低式挑流鼻坎修改为差动式后,增大了下泄水流入水范围,提高了挑流消能的消能效率,减小了水垫塘底板压强,降低了下游河道水流流速。优化方案数值模拟结果得到了模型试验结果的验证。     

斜鼻坎、曲面贴角鼻坎、双曲挑坎等几种异型鼻坎挑流消能工的应用研究

作为重要的消能工形式,斜鼻坎、曲面贴角鼻坎、双曲挑坎等异型鼻坎挑流消能工在工程实践中得到了广泛应用。当前在研究与设计此类消能工时,有物理模型试验与数值模拟两种方法,前者直观、可靠性较好;后者快速、灵活。两者结合的方式进行选型工作将会是事半功倍的。此类异型鼻坎消能工还有许多值得注意与研究的地方,期待能进一步发展完善。     

楼庄子水库泄水建筑物初选方案数值模拟分析

本文采用数值模拟的研究方法 ,以楼庄子水库泄水建筑物为研究对象,对溢洪洞底流消能与挑流效能两种初拟方案进行研究,运用标准k-ε计算模型结合流体体积分数法(VOF)追踪自由水面,对溢洪洞不同方案进行了三维水气两相流数值模拟。通过同等计算条件下,设计工况计算成果分析,对比了两种方案的流速矢量图及水气两相流云图,得出底流消能消能效果较好;并分析得出了底流消能方案池深、挑流效能挑角进一步优化方向,分析成果为楼庄子水库溢洪洞方案选取提供了理论依据,进一步比选过程中可直接运用本文成果。     

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。     

库什塔依水电站导流兼泄洪洞底流消能设计的数值模拟

库什塔依水电站导流兼泄洪洞出口消能根据地形条件采用底流消能工消能。通过采用RNG k~ε模型模拟湍流,利用VOF法追踪自由水面,对通过物理模型试验最终确定的消力池及其辅助消能工体形进行三维流场数值模拟计算,并将物理模型试验结果与数值模拟计算结果进行对比,分析表明两者吻合较好,其结果可以为底流消能体形优化设计提供依据。     

坎深和入池能量对跌坎型底流消能工流态影响的数值模拟

跌坎型底流消能工是建立在常规底流消能工基础上的一种消能方式,相对于常规底流消能工能有效降低消力池的临底水力学指标.本文采用RNG k-ε双方程紊流模型进行数值模拟;数值计算采用SIMPLE算法的改进的算法PISO算法;对于自由水面线,采用VOF方法对进行追踪模拟.并对计算结果与物理模型观测值进行了对比,两者结果具有较好的一致性.     

泄洪洞扭曲型挑坎数值模拟应用

为探究验证泄洪消能工扭曲型挑坎的可行性和合理性,以红岩河水库右岸泄洪洞末端扭曲型挑坎为例,采用标准k-ε湍流模型和VOF多相流模型对扭曲型挑坎进行水气两相流三维数值模拟。研究结果表明计算域的整体流态及水面线高程与水工模型试验数据吻合良好,计算误差较小;挑距挑高及冲刷坑深度数据均显示挑坎布置合理,运行安全;下游冲刷趋势与流速紊动能分布均显示消能充分,水流顺利归河。为后期使用数值模拟的研究方法对大交角狭窄河道情况及挑流鼻坎型式的优化设计提供了参考和借鉴。     

宽尾墩联合底流消能三维数值模拟

宽尾墩和消力池联合消能在水利枢纽工程中已经得到广泛应用,为了进一步研究其消能方式的水力特性,采用RNGκ-ε双方程紊流模型和VOF方法对某表孔泄洪闸的泄洪水流进行三维数值模拟,对宽尾墩表孔泄流能力、水流流态和流速、闸室内水面线、掺气情况等进行了研究,并结合物理模型试验结果对数值模拟结果进行了验证。结果表明,将宽尾墩应用于溢流坝,形成宽尾墩+消力池一体化消能设施,兼有宽尾墩和消力池底流消能的优点,联合消能效果良好。     

新疆头屯河水库溢洪道挑流鼻坎数值模拟

采用数值模拟的研究方法,以头屯河水库溢洪道挑流鼻坎为研究对象,运用标准k-ε计算模型结合流体体积分数法(VOF)追踪自由水面。对溢洪道进行三维水气两相流数值模拟,通过与不同工况下物理模型试验数据相对比,证实了溢洪道数值模拟计算所得数据的准确性。研究成果为后期使用数值模拟的研究方法进行溢洪道挑流鼻坎优化设计提供了理论依据。     

扭曲型挑坎挑流的数值模拟

采用RNGK-ε湍流模型与VOF多相模型对扭曲型挑坎挑流进行水气两相流三维数值模拟,模拟了挑坎里的自由水面与挑流的空中轨迹线,得到计算域的速度、压强、湍动能K与湍动能耗散率ε的分布、内外挑距与水舌宽度,并与物理模型的试验结果进行比较,两者吻合良好,验证了该数值模拟方法的可靠性、合理性。     

威远江水电站溢洪道挑流鼻坎数值模拟研究

针对威远江水电站岸边式溢洪道挑流消能存在的问题,采用RNGk-ε双方程模型、非结构网格与自适应局部网格加密的方法,模拟湍流,利用流体体积分数法(VOF)确定自由水面线,成功地对溢洪道挑流鼻坎挑流进行了三维紊流数值模拟。对挑流鼻坎的修改方案进行了研究,经过计算提出了较优方案,所提方案得到了物理模拟的验证,为威远江水电站设计与优化提供了可靠的设计依据。     

溢洪道挑流消能段水气两相流的数值模拟

为探究数值模拟计算所得溢洪道挑流数据的准确性,结合水气两相流VOF方法,采用标准k-ε模型对溢洪道中水气两相流进行了三维数值模拟。研究成果表明,计算域的流线、流场及水气运动过程与物理模型实验数据吻合良好,计算误差较小,为后期使用数值模拟的研究方法对溢洪道及挑流鼻坎型式的设计优化提供了理论基础。     

挑流式宽尾墩联合消能研究与应用

本文针对国内常用宽尾墩消能中出现的问题和不足之处,吸取挑流消能技术的优点,对宽尾墩型式加以改进,创造性的提出了"挑流式宽尾墩"消能理念,该墩型集横向扩散与纵向拉伸功能于一体,增加水流降落面积并分散水流落点,可与戽流、挑流和底流联合运用,消能效果良好,物理模型试验证明其技术上是可行的,并成功地运用于鲁基厂水电站、马堵山水电站和那比水电站,具有显著的社会、经济效益,推广前景广阔。     

导流放空洞改建工程下游消能方案研究

采用FLUENT软件数值模拟与物理模型试验相结合的方法,对某导流放空洞改建工程是否可利用其原有消能防冲设施进行了模拟计算及验证。在现状设计方案的基础上提出了两种将导流放空洞出口延长而不改变消力池布置的优化方案,并对其进行了数值模拟与物理模型试验,表明优化方案二更好,无需对下游消能设施进行较大改建即可满足消能防冲要求,能降低工程量及造价,故作为实施推荐方案。     

鼻坎型式对挑流局部冲刷影响的数值模拟

挑流消能为高水头水利枢纽主要泄洪方式,耗散能量的同时会对下游产生剧烈冲刷。为分析冲刷坑形成原因,探究鼻坎型式对于冲刷的影响,针对某一具体工程,采用自编程序以临界起动切应力作为泥沙起动条件进行数值模拟,结果表明：差动式鼻坎挑流水舌集中,单宽流量大,冲刷深度深,河床冲刷严重;舌型鼻坎挑流水舌横向扩散较大,单宽流量小,冲刷深度较浅。将计算结果与物理模型试验结果对照,两者基本吻合。证明通过用户自定义编程方法进行数值模拟能够较为准确的预测冲刷坑范围与深度,合理的鼻坎型式对于削弱下游冲刷效果显著。     

动网格技术数值模拟挑流冲刷过程

实际挑流泄洪消能时冲坑及堆丘的形成是一动态过程，已有对挑流冲刷的数值模拟多考虑平衡冲刷坑情况，本文采用动网格技术模拟挑流冲刷的时因河床边界变化引起的流场变化过程，控制方程组由非正交同位网格有限体积法求解，计算结果表明，本文方法是有效的，正确地反映了挑流冲刷过程中流场结构衣速度，压力等参数的变化。