竖井进流水平旋转内消能泄洪洞水力特性的数值模拟

本文采用Realizable 紊流模型,结合自由水面处理技术的VOF方法及非平衡壁面函数法,对竖井进流水平旋转内消能泄洪洞的水力特性进行数值模拟,得到了自由水面、空腔直径、压强、流速、旋流夹角、消能率等水力特性的变化规律.把数值模拟与模型试验的结果进行对比后可以看出,采用该紊流模型、合适的边界条件与数值方法,能够较好地模拟这种强旋流、强离心力效应和各向异性的复杂的空腔旋转流动,数值模拟所得的各种水力特性,从变化趋势到数值精度可满足这种旋流内消能泄洪洞体型初步设计与优化的要求.     

旋流式竖井整体三维数值模拟

该文通过建立Realizable k-ε紊流模型,分别采用VOF模型和Eulerian(欧拉)模型对旋流式竖井水力特性进行整体三维数值模拟计算。流态、压强及掺气形态等水力参数的计算结果与水工物理模型试验结果对比分析表明,在隐格式迭代方法条件下,VOF模型和Eulerian模型均可模拟旋流式竖井流场;在掺气形态数值模拟方面,Eulerian模型在一定程度上比VOF模型具有更好的模拟精度。     

新型对称折板式竖井水力特性

为提高传统折板式竖井的入流稳定性、结构对称性和空间利用率,构造出一种新型对称折板式竖井.利用Fluent的Realizable k-ε模型和VOF两相流模型,分别模拟了具有相同高度、直径及折板层数的传统折板式竖井和新型折板式竖井的水力特性,对比了进口水流流量为5.5 l/s-16.5 l/s时两种竖井的流态、流速、压强...     

旋流式竖井泄洪洞水力要素的数值模拟与试验研究

通过水气二相流(VOF)方法的标准k-ε双方程紊流数值模型对旋流式竖井泄洪洞的水面线、压力、流速、紊动能及紊动耗散率等重要的水力要素进行数值模拟并通过试验对计算结果进行比较分析,结果表明:计算值与实际测量值吻合比较好,验证了VOF方法的标准k-ε双方程对旋流式竖井泄洪洞水力要素模拟的可行性.     

大型立式轴流泵进水流道两点压差式测流法研究

水泵流量是确定泵站装置效率和能源单耗的关键参数,研究大型立式轴流泵进水流道两点压差式测流法具有非常重要的意义。应用基于Standard k-ε、RNGk-ε和Realizable k-ε湍流模型的RANS方法分别对肘形进水流道的水流流动进行数值模拟,研究了不同湍流模型在数值计算中对壁面压强的预测能力,并与物理模型试验数据进行对比,结果表明Realizable k-ε湍流模型所预测的进水流道压差与试验结果最为接近。对肘形进水流道模型在不同的流量条件下进行数值模拟,分析了壁面的压强分布规律并确定了测压点的具体位置。在肘形进水流道原型的数值计算中,采用了与模型数值计算相同的数值方法,同时引入大并行的云计算技术,预测了大型立式轴流泵现场实测流量与压差的函数关系。     

竖井旋流式泄洪洞数值模拟

本文采用k-ε双方程紊流模型及基于水气两相流的VOF方法，数值模拟竖井旋流泄洪洞复杂的水流运动，得到自由水面，流速及压力等水力要素的分布规律。数值模拟结果与已有模型试验数据的对比分析表明，采用的数值方法能够较好地模拟竖井旋流泄洪洞泄流过程。此外，利用数值模拟的结果对竖井的泄流能力和消能率进行了验证。     

查日扣水电站竖井旋流泄洪洞水力学数值模拟研究

水力学数值模拟计算具有成本低、效率高、计算精度高的优点,是水力学研究的新手段。为研究其在竖井旋流泄洪洞复杂水流特性的适应性,用k-ε紊流模型以及VOF方法,对查日扣水电站旋流泄洪洞进行了水力学数值模拟研究。研究结果表明:水力学数值计算在流量、流速、压强等方面与水工模型试验误差较小,计算精度比较高;在计算水流掺气量、通风流速、水流流线等方面,数值计算更有优势,能简单直观的给出结果;在计算水流脉动压力、河道的冲淤变形等方面还有一定的不足,要参考模型试验成果。更多还原     

竖井壁面掺气坎布设位置的数值模拟研究

实验表明,采用竖井直段壁面掺气坎的方式对旋流竖井进行掺气保护是可行的。本文对不同位置壁面掺气坎进行数值模拟计算,并对比分析了各种情况下的水流流态、壁面压强和掺气空腔长度。结果表明:在不同位置布设壁面掺气坎对竖井内部水流流态和壁面压强影响不大;布设对称掺气坎时始终有一侧难以形成明显空腔,在进口来流方向近入口断面一侧壁面逆时针旋转90?的位置布设一道掺气坎时,空腔长度最长并且全程均可形成稳定贯通的空腔。     

龙抬头水电站泄洪洞水力特性研究

针对青海省某大型水电站龙抬头泄洪洞工程,采用计算流体力学软件Flow-3D,应用RNG k-ε紊流模型、VOF方法,对泄洪洞整体水力特性进行三维数值模拟研究,得到泄洪洞闸室、龙抬头段、挑坎等部位水流流态、壁面压强、水流流速等水力参数。将部分数值模拟结果同整体水工模型试验实测结果进行比较,两者吻合良好。数值模拟及试验成果显示,泄洪洞闸室合理设置突扩突跌设施可有效掺气、利于减蚀,龙抬头段水流流态平稳无突变、壁面无负压;而且,扭曲斜切挑坎有利于挑射水流归槽,可避免水流冲刷对向河岸,泄洪洞体型设计合理。研究表明,数值模拟与理论研究结果接近,可靠度较高,可为类似工程设计提供参考。     

电站进水口的水流数值模拟分析

采用k-ε紊流数学模型对电站进水口水流进行了三维数值模拟。模型利用有限体积法对方程进行离散,采用对压强初始值依赖性不强且收敛性较好的SIMPLER数值方法,自由表面采用VOF追踪模拟法。结果表明:计算得到的流态、流速、压强及水头损失等水力要素与物理模型试验成果吻合较好,这说明所建立的模拟大区域复杂进水口水流的方法是可靠的,可为类似工程设计、计算提供参考。     

CALCULATION OF THERMAL AND SALINE TURBULENT FLOW BY k-ε MODEL

1 .　INTRODUCTIONStratifiedflowisakindofflowthatcontainsdensitygradientinthespace .Itisaverycommonphenomenonofflowinginnaturalenvironment,nearthedischargeexitofsewageinthecity ,inthepondusedinindustryandintheriver ,thelakeandthesea ,whereconsistence ,thermalordensitystratificationcanbeformed .Itiswellknownthatdensitystratificationwillexertastronginfluenceonturbulentmixing ;ifthethermalstratificationisexistentatthesametime ,thestateofstratificationwillchange .Ontheotherhand ,changeofthesta…     

虹吸式出水流道水力性能数值计算湍流模型适用性

为寻求适用于大型低扬程泵站虹吸式出水流道水力性能数值计算的湍流模型,首先采用透明流道模型对某低扬程泵站虹吸式出水流道进行了试验研究,测试了流道水头损失并分析了流道内流态; 在网格无关性分析的基础上,选择常用的一方程湍流模型(S-A湍流模型)、二方程湍流模型(k-ε湍流模型、k-ω湍流模型)及Reynolds Stress湍流模型分别对该虹吸式出水流道水力性能进行了三维湍流流动数值计算,并将计算结果与模型试验结果进行比较。结果表明:与一方程湍流模型和Reynolds Stress湍流模型相比,二方程湍流模型在虹吸式出水流道水头损失的计算中更具优越性,采用Standard k-ε,Realizable k-ε和SST k-ω等3种二方程湍流模型计算得到的流道水头损失相对误差小于3%,其中,Standard k-ε湍流模型计算得到的流场与模型试验结果最吻合。     

紊流模型对底坎绕流模拟效果的比较

利用Fluent软件,选取了Spalart-Allmaras模型、标准k-ε模型、RNG k-ε模型和realizable k-ε模型共4种涡黏系数的湍流模型,对底坎绕流问题进行了数值模拟。结果表明:4种模型模拟的底坎附近的流动特征基本一致,但在回流长度、分离主涡的涡心位置及水头损失等参数方面,RNG k-ε模型的模拟效果最好,标准k-ε模型的模拟效果较差,而realizable k-ε模型和Spalart-Allmaras模型的效果居中。     

窄缝消能工水力特性的数值模拟与试验研究

本文对高拱坝深孔窄缝消能工的有压洞段及出口的压力、沿程水面线、沿程流速分布、水舌入水角度、水垫塘底板的动水压力分布等水力要素进行了研究,采用基于VOF两相流的标准k-ε双方程紊流数学模型对各水力要素进行了数值模拟,并与模型试验结果进行比较。结果表明:数值模拟结果与模型试验吻合良好,说明利用该数学模型模拟窄缝收缩段、空中射流水舌及水垫塘的水力特性是可行的。利用抛射体理论计算公式得到各种形式下水舌进入水垫塘的运动轨迹、入射角及入射流速,弥补了模型试验中无法测量空中水舌流速分布的不足,可以为工程设计及应用提供一定的参考依据。     

模拟敞开式UV反应槽的湍流模型比较研究

应用商用CFD软件F luent模拟敞开式UV反应槽内的流速分布及停留时间分布。分别采用4种湍流模型来评估湍动效应对流场分布的影响,其中包括标准k-ε模型、低雷诺数k-ε模型、雷诺应力模型(RSM)及分离涡(DES)模型。将模拟结果与实验数据进行对比发现,DES模型对于回流区的模拟好于其他模型;而在回流区域外,低雷诺数k-ε模型则更为合适。     

水电站调压室内三维湍流场数值模拟

运用计算流体动力学方法(CFD)对某抽水蓄能电站尾水调压室进行了数值模拟。计算时选用适合调压室流动特性的Realizablek-ε湍流模型,采用标准SIMPLE算法,离散格式采用一阶迎风格式。计算结果揭示了调压室内流道流场的速度及压力分布规律,并据此计算出调压室水头损失系数。将水头损失系数计算结果与水力模型试验结果进行比较,发现采用CFD方法计算得到的结果不论在变化规律上还是数值上均可达到与模型试验结果相当的精度,表明CFD方法可以应用于调压室的设计和优化中。     

Numerical and experimental turbulence studies on shallow open channel flows

The standard shallow water equations (SWEs) model has been proven to be insufficient to consider the flow turbulence due to its simplified Reynolds-averaged form. In this study, the k-ε model was used to improve the ability of the SWEs model to capture the flow turbulence. In terms of the numerical source terms modelling, the combined SWEs k-ε model was improved by a recently proposed surface gradient upwind method (SGUM) to facilitate the extra turbulent kinetic energy (TKE) source terms in the simulation. The laboratory experiments on both the smooth and rough bed flows were also conducted under the uniform and non-uniform flow conditions for the validation of the proposed numerical model. The numerical simulations were compared with the measured data in the flow velocity, TKE and power spectrum. In the power spectrum comparisons, a well-studied Kolmogorov's rule was also employed to complement both the numerical and experimental results and to demonstrate that the energy cascade trend was well-held in the investigated flows.     

NUMERICAL STUDY OF TURBULENT IMPINGING JET WITH A REFINED k-ε MODEL

1.　INTRODUCTIONJet impingement flows are frequently used in industrial practice for their high rate ofheat and mass transfer.Their employment is common but also diverse and typical applica-tions includemany heating,cooling and drying processessuch asthe manufacturing of print-ed wiring board,printing processes,production of foodstuffs,de-icing of aircraft wings,cooling of electronic elements and package and cooling of turbine aerofoils.The high heattransfer rate are especially needed to a…     

叶片包角对高比转速离心泵水力性能的影响研究

高比转速离心泵流道宽大,包角的大小将直接影响其水力性能。基于N-S方程和RNG k-ε湍流模型,对5种不同的叶片包角模型在多种工况下分别进行了数值模拟计算分析,以对不同包角下的外特性变化趋势、叶轮内部的三维流线以及湍动能变化规律进行研究。研究结果表明:(1)随着叶片包角的增大,离心泵的最高效率点表现为先增加后减小,扬程随着流量的增大而下降,当包角增大到一定限值时,下降的幅度最为明显;(2)离心泵叶轮流线在相同的流量下,随着叶片包角的增大,流线愈发平顺光滑且越趋于叶片线型时,叶轮的总压随包角的增大而逐渐减小;(3)在设计工况下,低速区主要集中在叶轮进口的叶片工作面处,随着叶片包角的增大,湍动能逐渐减小;(4)当叶片包角在110°附近时,该泵的水力性能即达到最优。研究结果可为今后对高比转速离心泵的研究提供一定的参考。     

湍黏系数对浅滩海域三维风暴潮的影响

利用WRF大气模式和基于有限体积法的三维海洋数值模型FVCOM,建立了连云港及其附近浅滩海域的三维风暴潮流数学模型。运用k-ε和MY-2.5两种不同的湍流模型,对"韦帕"台风作用下的三维风暴潮流进行了数值模拟,并对计算得到的三维风暴潮流流场结果和垂向湍流黏性系数结果进行了对比分析。计算分析结果表明,两种不同湍流模型计算所得的风暴潮增水差别很小,可以忽略;但在风生流较强的时间段内,MY-2.5湍流模型计算所得的水平流速流向沿垂向分布并不一致,而k-ε湍流模型的计算结果较好,与实测分层潮流资料更为符合。研究结果表明,垂向湍流黏性系数沿水深的垂向分布对浅滩海域风暴潮流水平流速的垂向结构至关重要,建议选用k-ε湍流模型计算垂向湍流黏性系数和湍流扩散系数。