田市抽水站进水前池水力特性数值模拟

借鉴有关弯道水流流速分布的研究成果,计入弯道环流引起的横向动量交换,对曲线坐标系平面二维浅水方程做了修正;采用边界处正交的曲线网格生成技术,处理复杂的计算区域边界。采用修正后的模型对田市抽水站进水前池改造前后的水流流态作模拟分析,来验证改造设计方案的合理性。     

平底渐扩式护坦末端消能坎高度计算

分析了前人对平底渐扩式消力池共轭水深和自由水跃长度的研究成果;应用不同计算方法计算了平底渐扩式护坦末端消能坎的高度。结果表明：文献[1]中计算消能坎高度的方法较为可靠,而采用文献[7]中的计算方法所得消能坎的高度偏小。最后从原理上分析了采用文献[7]的计算方法计算结果偏小的原因,建议平底渐扩式护坦末端消能坎高度的计算采用文献[1]中的方法。     

涌潮作用下丁坝附近水流运动特性的数值模拟研究

采用压力隐式算子分割法(PISO)求解雷诺时均方程和RNGκ-ε紊流模型,建立了描述涌潮作用下丁坝附近水流运动规律的数学模型。水流的控制方程采用有限体积法离散,物理变量采用交错网格布置,自由表面应用流体体积(VOF)法追踪。该数学模型得到实测资料的验证后,数值模拟了钱塘江涌潮作用下丁坝附近的流场、自由水面、涌潮变形和涌潮压力的变化规律等。结果表明:丁坝附近水力特性受涌潮影响较大,来潮初始,丁坝附近紊动强烈,流场和自由水面变化很大;丁坝上涌潮压力急剧增大,且丁坝不同高程处的压力几乎都在同一时刻达到其最大值。     

阶梯溢流坝和宽尾墩及消力池组合消能的水流数值模拟研究

采用两相流模型,辅以Realizable k湍流模型,来模拟阶梯溢流坝和消力池组合以及阶梯溢流坝、宽尾墩和消力池组合两种联合消能工的水力特性,获得了流速场、压强场、紊动动能及紊动动能耗散率等物理参量的分布。网格划分采用了分区域划分:模型中任何形状不规则的复杂部分采用非结构网格划分,对形状规则的部分则采用了结构网格划分,并根据流动梯度的大小安排网格的疏密程度。采用有限体积法对控制方程进行离散。采用了VOF法处理自由水面,使用PISO算法求解速度与压力的耦连方程组。比较分析了两种消能工在速度场、压强场、紊动动能及紊动动能耗散率的差异。研究结果表明:受宽尾墩的影响,坝面及消力池中的流速均小于无宽尾墩的情况,而台阶坝面的压强明显高于无宽尾墩的情况;在消力池中紊动动能及其耗散率均大于无宽尾墩的情况。可见,阶梯溢流坝、宽尾墩和消力池组合消能工的消能优于无宽尾墩的情况。     

基于一种贴体曲线网格生成技术的研究及应用

阐述了网格生成在数值计算中的重要性，运用FORTRAN编程选取合适的调节函数，求解Possion方程得到了贴体曲线网格；分别对一天然河段划分贴体曲线网格和三角形网格进行计算，并与实际观测值进行了比较，表明了贴体曲线网格的优越性和可行性。     

基于加权本质无振荡格式的二维溃坝水流数值模拟

将加权本质无振荡WENO(Weighted essentially nonoscillatory)格式和Runge-Kutta时间离散的思想应用于二维浅水控制方程的求解中，建立了模拟大坝瞬间全溃或局部溃倒所致的洪水演进过程的数学模型。应用该模型对一维矩形明渠中大坝瞬间全溃所致的水流运动进行了数值计算，并与理论解进行了比较，证实了方法的可靠性。最后用该模型预测了矩形河道中大坝瞬间局部溃倒时的洪水演进过程，模拟结果与实际相符。算例表明采用WENO格式所建立的高分辨率溃坝模型能够很好地模拟溃坝波的演进过程。     

分岔管道三维湍流水力特性数值模拟

建立了分岔管道水动力学的计算模型,求解三维贴体坐标系下水流控制方程。计算中采用修正的k-ε湍流模型,应用有限体积法离散方程,物理变量采用同位网格布置,控制体表面上各变量的值用界面动量插值法计算,速度-压力耦合计算采用SIMPLEC算法。本文应用该数值模型模拟了三维弯道水流的水力特性,并与模型试验实测值进行了比较,结果吻合较好。最后应用该数值模型预测了35°分岔管道连接区域三种流动情况的水力特性。     

丁坝群对弯道水力特性影响的数值模拟研究

弯道螺旋流是弯道水流的特点之一,弯道环流会造成凸岸发生淤积,凹岸遭受冲刷,对护岸工程非常不利。在弯道中布设丁坝可有效减弱弯道螺旋流强度,改善水流流态,保护岸坡稳定。采用RNGk-ε湍流模型,应用VOF法捕捉自由水面,采用半隐式SIMPLE算法求解速度与压力耦合方程组,模拟在60°弯道内布设丁坝群后弯道水流特性。研究表明:数值模拟的水位、流速和试验数值据吻合良好。弯道内设置丁坝群后,可有效改善凹岸区域的冲刷及凸岸的淤积,主河槽的水深增加,水面横比降减小,说明丁坝群的布置在稳定弯道水流,防止岸坡冲於方面有较好的效果。     

复杂边界正交曲线网格生成技术

在采用Poisson方程进行曲线网格生成时,如何确定合适的调节因子P、Q函数是一个重要的研究内容.分析了Thompson的曲线网格生成方法中控制网格分布的调节函数的缺陷,经过严格推导得出了一组新的调节函数P、Q的表达式,并采用新调节函数生成曲线网格.网格实例表明,该调节函数能够对复杂边界的单连通域或多连通域生成理想的正交曲线网格,网格的尺寸与形状连续光滑地变化,网格线的光滑性和间距得到了有效的控制,网格分布能够适应物理量场变化的情形;正交曲线网格能够在实际水利工程流场数值模拟中准确地使用边界条件,从而提高其求解的精确度.     

卡鲁塞尔氧化沟附加设施对改善流速分布的数值模拟研究

为了提高氧化沟内水流的混掺能力,降低系统的运行能耗,对卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟的结构进行优化研究。采用数值计算方法求解气液两相流时均方程,辅以RNG k-ε紊流模型封闭时均方程组,自由面的追踪采用VOF(Volume of fluid)方法处理,对六沟道试验氧化沟在曝气推流设备后增设导流板与无导流板两种工况下的水力特性进行研究。通过对比两种工况下的流速分布规律,得出在曝气转盘下游加装导流板时,不会导致氧化沟中上部污泥滞留,并能增大氧化沟底部水流速度,改善沟内垂线上的流速分布。在曝气推流设备后增设导流板来改善水力特性有利于消除氧化沟池底积泥现象,延长水气混掺时间,提高水处理效率。