沿海电厂循环水泵流道的水力特性 及优化研究

结合防城港电厂工程,对循环水泵流道进行了物理模型试验,重点研究了流道的水力特 性,包括引水沟来水的扩散消能特性、旋转滤网及吸水室的水流流态特征、吸水喇叭口进水断面 的流速分布规律等。针对原设计前池扩散不充分、出流不均、泵体管外环流等问题,提出在前池 扩散段设置消能横梁和在循环水泵中心线上游设置淹没胸墙等整流措施。该优化方案能有效阻断 吸水室内的表面回流通道,起到改善流态和消能的作用,从而满足循环水泵的运行要求,并且能 够有效节省土建投资。     

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。     

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。     

三峡水轮机全流道三维流动数值模拟研究

本文使用商业CFD软件FLUENT,开发了部分接口程序,进行了全流道原型水轮机三维湍流数值模拟研究,计算对象是中国水利水电科学研究院机电研究所为三峡右岸开发的水轮机模型,该水力模型有完整的模型试验资料,可用于检验计算结果。水轮机全流道三维湍流数值模拟,计算区域为包括蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮和尾水管的全部流道。模拟中控制方程采用了三维时均N—S方程、湍流模型采用两方程RNG k-ε模型,数值方法采用贴体坐标的有限体积法。共进行了3个开度条件下的计算,每个开度各进行4个典型工况的三维湍流流场模拟,通过数值方法求解控制方程,获得了全流道的流速和压力分布。计算结果表明流速和压力分布合理,数值计算得到的效率与试验得到的效率进行比较,结果吻合良好。     

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。     

水泵水轮机的数值模拟及其应用

采用足够小的直线段拟合机组全特性曲线平直部分，采用二次多项式拟合机组全特性曲线弯曲部分，推导了有关方程，并对模拟的方程进行了处理，编制了较通用的计算机程序，利用该计算机程序对我国蒲石河抽水蓄能电站进行了计算分析，计算结果表明：该计算机程序计算速度较快、计算准确度较高，提出的水泵水轮机的数值模拟方法具有实用价值．     

超高水头竖井旋流泄洪洞不同湍流模型数值模拟

基于VOF法,分别选取标准k-ε紊流模型、RNG k-ε紊流模型和Realizable k-ε紊流模型,对某一超高水头、大泄量竖井旋流泄洪洞的水力特性进行数值模拟,并将紊流模型计算结果与模型实验数据进行了对比分析。结果表明:3种紊流模型模拟计算所得的空腔直径、竖井壁面压强、旋流角等参数变化趋势与模型试验测试结果基本相同,但量值有所差别。相比较而言,Realizable k-ε紊流模型计算所得旋转水流的空腔直径、压坡底板与部分竖井壁面压强、旋流角在量值上更接近试验测量值。因此,Realizable k-ε紊流模型能够更好地模拟这种具有超高水头、大泄量、强旋转并带有自由液面旋转水流的水力特性。     

基于全模拟的水泵装置模型虹吸出水流道水力特性分析

虹吸式出水流道是大型泵站出水流道的主要形式之一,由于实际工程地形条件的限制,南水北调东线水源工程江都一站所采用的虹吸出水流道在工程设计中并不常见。针对江都一站泵装置模型虹吸出水流道,通过CFX软件对该泵装置全流道进行数值模拟,研究虹吸出水流道内部水流的运动特性、预测水力性能。计算结果表明管路水头损失主要来自于弯管段的水头损失,从出水流道进口至出水流道出口涡量呈现下降趋势,但是在出水流道出口,由于截面面积过大导致出口截面速度分布不均且引起了涡量的增加。对该泵装置进行外特性预测得到的结果与试验数据的整体趋势基本一致,表明计算结果真实可信。     

泵站进水流道三维紊流数值模拟及水力优化设计

采用直接求解三维雷诺平均Ｎ－Ｓ方程和标准ｋ－ε紊流模型方程组的方法，对大中型泵站进水流道内的流场进行了数值模拟，并进而对具有复杂几何形状的进水流道进行了水力优化计算，经模型试验验证，说明水力优化设计的进水流道获得了十分优良的水力性能。     

水轮机内部湍流计算方法研究

概述了水轮机内部流动计算近几十年的发展历史与研究现状,介绍了水轮机内部三维流动计算的控制方程及其解法以及常用商业软件,总结了湍流的数值计算方法,重点讨论了湍流模型理论,并指出水轮机内部湍流计算正朝着全三维、小尺度、瞬时化处理发展。     

某核电厂二期工程循环水泵房水流特性试验研究

针对某核电厂二期工程循环水泵房前池和流道的水流特性,根据引水明渠引水水流特点,结合物理模型试验,在前池采用多种整流措施,优化各水工建筑物的体形尺寸,有效改善了吸水室内水流流态及流速分布的不均匀性,并提出有利于循环水泵安全、高效运行,投资较省的工程措施。     

基于FLOW-3D软件的溢洪道三维水流数值模拟

采用FLOW-3D水流计算软件模拟了溢洪道挑流消能的三维水流流场,并通过调整溢洪道平面布置、增设贴角和改变预挖冲坑范围等措施对溢洪道原设计方案进行了优化。结合水工模型试验成果,对原设计方案和优化方案的水流流态、流速分布和水面线等水力特性进行了对比分析。数值模拟计算结果与水工模型试验比较吻合,说明优化方案的有效性,也进一步表明三维数值模拟的可行性。     

大型泵站前池水流流态的模拟

泵站前池水流常有如表面漩涡、大尺度回漩等不良流态的存在，为准确模拟其流态，可采用以弗汝德模型为基础，加大水流流速来进行模拟．模型比λ＝1：8的泵站前池模型的试验结果表明，将弗汝德模型水流流速提高约0．5倍，相当于流速比尺λ＝λ0.3能得到较为满意的前池流态模拟。     

基于一维运动波理论的坡面汇流和沟道汇流数学模型研究

一维运动波理论常用于坡面汇流和沟道汇流的模拟,根据坡面汇流和沟道汇流的特点,采用不同形式的运动波控制方程组来分别描述坡面汇流和沟道汇流过程。采用Mac Cormack格式开发了坡面汇流模型,采用线性离散和非线性离散的显式有限差分格式开发了沟道汇流模型,通过3个典型的算例对各模型进行了验证。验证结果表明,开发的沟道汇流模型是成功的;空间步长的尺度对数值解精度有较大影响,步长越小,数值解精度越高;在沟道汇流模型中,线性求解和迭代求解两种方法的计算结果基本一致。     

槽流转捩的直接数值模拟

本文用直接数值模拟的方法模拟了平面流的转捩过程中对应于Ｋ型转捩的情形。计算结果与实验中有控制的转捩过程定性一致，也与他人的计算结果符合得很好。     

浑水水力分离清水装置的流场数值模拟

对新型净水装置-浑水水力分享清水装置内部清水流场进行三给数值模拟。应用雷诺应力模型建立数学模型,采用有限体积法离散方程,运用SIMPLEC算法进行求解,初步得到浑水水力分享清水装置清水流场的颁规律。经分析发现,该装置内的流动是典型的三维非轴对称流场,其中的切向流速分布呈现出明显的强迫涡特征,其垂直面上,形成一内侧向下、外侧向上的环形流动。同时,通过与试验结果进行对比,证明利用雷诺应力模型可以有效模拟装置内的清水流场。     

基于CFX的离心泵内部流场三维数值模拟

基于三维不可压缩流体的N-S方程和标准k-ε湍流模型,采用隐式修正SIMPLE算法,利用CFX软件,对离心泵装置进行全流场三维数值模拟,共计算额定转速下30～80 m3/h流量范围内8个工况点。对比分析小流量工况、设计工况和大流量工况下泵装置流态和压力分布,并分析叶片表面静压,揭示内部流动规律,所得结果对预测水力性能,提高水泵效率及进一步结构优化具有重要的参考价值。     

淹没紊动射流三维流场特性的数值模拟

采用RNGk-ε紊流模型对有限空间的单孔、双孔紊动射流的流场进行了三维数值模拟研究。研究结果表明:无论入流条件如何变化,经无量纲处理后的轴线流速分布曲线几乎都落在同一条无量纲速度分布曲线上,说明流动存在相似性。双孔射流时,流场存在分区结构,在不同的喷嘴间距下,射流的卷吸程度不同,S/D越大,射流之间的卷吸掺混作用越弱。     

弯曲河段水流水质二维数值模拟

弯曲河段水流水质受曲折岸线、水面横比降、复杂地形及相关水工工程等各种因素影响，是水环境问题研究中水动力及水质数值模拟计算的难点之一。采用调节因子为微分表达式的Poisson方程生成正交拟合曲线网格，较好地反映了弯曲河段实际岸线变化；计算模式引入双方程紊流模型，以对弯道产生的局部副流进行模拟，经长江三峡工程坝址河段水流水质的实例计算，取得了较为理想的效果。