丁坝对弯道水流水力特性影响的研究

针对丁坝对弯道水流水力特性影响的问题,建立了相应的概化模型,通过数值模拟的方法,利用RNG k-湍流模型封闭Reynods方程,VOF法追踪自由表面,通过有限体积法离散求解,模拟研究了不同弯道中心角情况下,丁坝对弯道水流横向水面超高和流速场的影响。结果表明:在丁坝影响下,弯道水流水面横比降计算公式需要进行修正,应当考虑丁坝对河道的束窄、丁坝尺寸和弯道角度等综合因素的影响。     

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。     

多弯道溢洪道水力特性数值模拟研究

文中在物理模型试验的基础上,对多弯道溢洪道进行了数值模拟研究。采用FLUENT软件,引入适用于分层两相流的流体体积分数(VOF)模型求解自由水面曲线,成功地对龙屯水库多弯道溢洪道进行了三维紊流数值模拟,得到了自由水面、溢洪道底板压力、断面流速大小和三维流场的分布规律,并将数值模拟结果与试验结果进行了分析对比,两者基本吻合。试验结果表明:合理的选择数值模拟模型及参数,可以很好地模拟水流流态,可为工程所用。     

基于Flow-3D的陡坡弯道水流三维数值模拟

弯道急流有其独特的冲击波现象,流态极其复杂,为研究弯道对急流的影响和提出改善措施增添了困难。采用RNG k-ε双方程紊流模型和VOF法,以某工程溢洪道为依托,利用Flow-3D软件,对陡坡弯道段的急流进行了三维数值模拟,通过物理模型试验数据的验证,显示数值模拟结果的正确性。通过计算结果,分析了陡坡弯道对急流流态的影响,提出了导流墙法的弯道急流优化方案,通过物理模型进一步证明,采用导流墙法可有效改善急流弯道水流流态,表明借助Flow-3D软件对弯道水流进行三维数值模拟是可行的。     

布设丁坝对60°弯道水流特性影响的数值模拟研究

分别采用RNG k-ε模型和大涡模型结合气液两相流模型对60°弯道内布设丁坝前后的水流特性进行了数值模拟研究,采用VOF法捕捉自由水面,采用隐式算法SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)求解速度与压力耦合方程组,有限体积法用来离散控制方程。对弯道内的水位、流速、弯道横比降的模拟值与实验值进行了比较分析,得出:大涡模型对弯道内水流流态的模拟精度较低,与之相比,采用RNG k-ε模型能更好地模拟出弯道内布设丁坝前后的流场特性。     

水力自动滚筒闸门水动力特性数值模拟

本文对水力自动滚筒闸门的水力特性进行了研究,利用RNGk-ε湍流模型对圆筒闸体绕流流场进行了模拟,并对自由水面引入了水—气两相流分层理论中的流体体积分数法(VOF)迭代求解。通过数值模拟,得到不同时刻计算域内的相体积分布、圆筒闸体附近速度场、压力场以及各工况的荷载,并与模型试验实测结果进行对比分析,两者吻合较好。说明VOF法可以在圆筒闸体绕流流场自由表面的计算中应用。     

基于RNG k-ε紊流模型的溢洪道水力特性数值模拟

为分析溢洪道的水力学特性,基于VOF法和RNG k-ε两方程紊流模型,根据溢洪道的布置方案,对不同水位工况下溢洪道的水力学问题进行数值模拟研究,分析溢洪道的水流流态、泄流能力、水面线、挑距和消能率。数值模拟结果表明：溢洪道水流流态平顺,无严重摆动和激荡现象;边墙设计高度均大于校核水深与安全加高之和;数值计算的泄流量较规定公式计算结果大;库水位越高挑距越大,消能率越高。     

水力自动滚筒闸门水动力特性数值模拟

水力自动滚筒闸门是一种新型水力自动闸门，它利用水压力产生的推动力矩、闸门自重以及闸门配重产生的回复力矩进行自动启闭，以实现水流的自动调节、运行和排沙。鉴于对该类闸门的水力特性还没有充分研究，本文利用RNG 湍流模型对圆筒闸体绕流流场进行了模拟，并对自由水面引入了水－气两相流分层理论中的流体体积分数法（VOF）迭代求解。通过数值模拟，得到不同时刻计算域内的相体积分布、圆筒闸体附近速度场、压力场以及各工况的受力，并与模型试验实测结果进行对比分析，两者吻合较好。说明VOF法可以在圆筒闸体绕流流场自由表面的计算中应用推广，同时，所得结果对水力自动滚筒闸门的设计具有指导意义。     

浮冰块底面水压力分布的数值模拟研究

冰块运动过程中遇到冰盖等阻碍时,将有可能停滞或下潜.冰块的运动形式与作用在冰块上的力有密切关系.本文采用VOF法追踪自由水面,结合RNG k-ε紊流模型,对浮冰块底面水压力分布进行了数值模拟.通过与Dow Ambtman物理模型试验数据的对比,验证了该数值模拟方法的合理性和可靠性.模拟分析发现冰块底面水压力与冰块前缘形状、冰厚和流速均有关系:前缘圆形断面冰块比前缘矩形断面冰块有着较弱的前缘分流效应和相同的文丘里效应;冰厚、流速增大时,冰块底面的压差增大,冰块前缘最大压差的范围也增大,且压强恢复速度变慢.     

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。     

PVC连接弯头的水力特性数值模拟

为了研究PVC弯头的局部阻力和水流流态特征,对DN50和DN75两种PVC承插式90°弯头的水流特性利用CFD中的fluent软件进行了数值模拟,结果表明:不同管径弯头的局部阻力系数与雷诺数的关系曲线的变化趋势基本一致,压力在弯头拐角外侧压力最大,在下游管段内侧靠近弯头的位置压力最小。     

插板透水丁坝透水孔优化方案数值模拟

针对插板透水丁坝透水孔孔数和布置方式对丁坝作用区水流特性和冲淤变化影响的问题,采用CCHE2D水沙数学模型对塔里木河干流其满河段实体模型水槽插板透水丁坝区进行二维水流数值模拟,分析不同透水孔数和不同布置方式对河槽断面流速分布、水位及河床切应力的影响规律,寻求插板透水丁坝透水孔优化方案。结果表明:在来流量、透空率等因素不变条件下,插板透水丁坝透水孔数越多,流速均匀性越好,丁坝下游河床切应力呈减小趋势。当透水孔数达到4孔时,丁坝上游、下游水位、流速和河床切应力变化趋势均趋于稳定,为最佳的透水孔优化方案。研究成果为进一步研究插板透水丁坝区水流特性与缓流促淤效果奠定理论基础。     

水力插板透水丁坝群累积效应减轻局部冲刷效果的试验研究

水力插板透水丁坝是一种新型丁坝。本文以水力插板透水丁坝群、井柱桩透水丁坝群和实体丁坝群为研究对象进行动床模型试验。用测针测量各丁坝群附近地形,并用Surfer8.0绘制各丁坝群附近的地形图。结果表明:水力插板透水丁坝群累积效应减少局部冲刷的性能最好,其次是井柱桩透水丁坝群,实体丁坝群性能最差。最后详细地分析了各丁坝群减少局部冲刷差异性产生的机理。     

水力坡度对淹没单丁坝近区水流结构的影响

采用超声波水位和PIV流速测量技术,在U形水槽中试验研究了不同水力坡度下淹没单丁坝对水流的影响。同一水力坡度,丁坝上游横比降沿程逐渐增大,丁坝下游横比降沿程逐渐减小。不同水力坡度,随着水力坡度的增大:① 丁坝附近的水位、横比降、淹没程度和丁坝迎水面与背水面的水位差逐渐减小;② 丁坝上游最高水位位置向下移动,丁坝下游水位恢复点位置向上移动;③ 断面平均流速及最大流速逐渐增大,但最大流速出现的位置基本不变;④ 漩涡流速分布较相似,但漩涡强度增加,坝后漩涡中心逐渐向下游对岸移动。当水槽坡度为-1‰~1‰时,淹没丁坝对丁坝上方5 cm处的剖面水流影响较小;当水槽坡度为2‰时,淹没丁坝对丁坝上方5 cm处的剖面水流影响较大;当水槽坡度为1‰~2‰时,淹没丁坝对水流结构的影响可能存在1个临界变化点。研究结果有助于对河床演变及海岸工程等复杂水环境问题的深入探索。     

水力插板技术在透水丁坝中的应用研究及展望

水力插板技术经过20多年的发展,已在多种工程领域中广泛应用,效果显著。与此同时,水力插板专用施工设备机械和水力插板工程试验研究也已经十分成熟。水力插板透水丁坝是将水力插板技术与传统透水丁坝相结合的新型水工建筑物,在实际工程中还未使用,而对于水力插板透水丁坝的研究也才刚刚起步。详细介绍了水力插板技术的研究现状,总结了水力插板透水丁坝的研究现状,提出了水力插板透水丁坝未来的研究方向,并对每个方向进行了详细的解释和说明,为水力插板透水丁坝用于工程实践提供理论基础。     

淹没丁坝三维水流数值模拟研究

采用两相流混合模型,并选取Realizable k-ε湍流模型封闭两相流时均方程,对梯型断面明渠淹没丁坝绕流水力特性进行三维数值模拟。速度与压力耦合方程组求解时使用半隐式SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)算法,模拟自由水面采用了VOF(Volume of Fluid)法。通过模拟得到了水面线、流速等水力参数的分布规律。模拟结果与实测资料的对比表明:两者吻合较好,VOF方法和Realizablek-ε模型的耦合求解能够很好地模拟明渠淹没丁坝绕流的水力特性,为丁坝的设计、布置与施工提供理论基础支持。     

丁坝水流的水槽试验及数值模拟研究

该文进行了丁坝绕流水槽试验,采用测压管和激光多普勒测速仪(LDV)测量了正交绕流单丁坝附近的水位和流速,同时利用商用软件CFX,基于有限体积法,采用k-ε湍流模型,数值模拟了丁坝附近水流的三维流动过程,并将水槽试验结果与数值模拟结果进行了对比分析.实验结果表明,该模型能有效地模拟丁坝附近区域复杂的水流特征,可以在河道整治过程中为丁坝的设计提供基础数据.     

戗堤截流龙口水力特性研究

在对水利工程中戗堤截流龙口水力特性研究的基础上,结合三板溪、三峡等具体水利工程截流施工实例,分别对单戗立堵截流、宽单戗立堵截流、双戗立堵截流的龙口水力特性进行了分析、讨论与研究。得出了以下认识：在戗堤截流过程中．龙口水流流速具有先增大后减小的变化趋势,其最大流速出现在龙口三角形断面形成前后;截流龙口水流流速随戗堤顶宽的增大而减小,且其减小速率是不断减小的;上下戗的进占配合是影响上下戗堤落差分配的关键所在;通过合理布局双戗,可以使其共同分担截流落差,有效减小龙口流速;截流戗堤最大单次坍塌面积随着截流水深的增大而增大,且其增大速率也相应增大。