沉沙池流场特性及泥沙运动数值模拟

沉沙池在水利水电工程中是一种十分必要的水工建筑物,在处理泥沙中发挥了重要的作用,为后续下级设备正常运行提供了可靠保障。采用标准k-ε模型,建立石门坎水电站现状、优化后的沉沙池模型,模拟了沉沙池内的三维流场,并运用离散相DPM模型模拟了泥沙运动,得到了更加精细的沉沙池内水流形态、流速场分布及池内泥沙运动轨迹和沉降效果。     

施工期三峡工程河段流场数值模拟

三峡大坝施工过程中，土石围堰及其它水工建筑物将改变原有河道水流结构分布，水动力条件的改变是工程较为关注的问题之一。本文通过曲线网格拟合天然河道边界建立二维数值计算模型，模型经实测资料验证后预测了施工期在典型流量条件下流场的改变，为工程有关实际问题的决策提供了依据。     

基于CCHE模型的重力沉沙池水沙数值模拟

为了研究重力沉沙池流量、含沙量与水沙分离效率的关系,借助CCHE软件,建立CCHE2D水沙两相流数学模型,采用混合掺长紊流模型,对重力沉沙池进行数值模拟,得到沉沙池内水流流态、悬移质输移规律以及沉沙池的水沙分离效率,并在前人研究的基础上,进一步对不同流量、含沙量情况下,其流量和含沙量对沉沙池水沙分离效率的影响进行分析。结果表明:当流量在0. 05～0. 30 m~3/s时,随着流量增大,则流速增大,水流挟沙力增大,不利于泥沙沉降,使沉沙池的水沙分离效率降低;改变初始含沙量(5～20 kg/m~3),随着初始含沙量的增大,由于沉淀池尾部回流区存在,使得部分泥沙直接被带入清水池,使得沉沙池水沙分离效率降低。     

明流泄洪洞流场数值模拟

本文将紊流两方程ｋ－ε模型应用于明流泄洪洞的流场分析，采用适体坐标变换处理复杂的边界及模拟自由水面，获得了流速，紊动能，耗散率，压力及水深等参数的分布。与有关实测资料对比分析，结果令人满意。     

水源地水库流场数值模拟研究

通过建立某水库二维水动力模型,用实测数据进行验证,然后对验证年的流场进行模拟分析,分别在春、夏、秋、冬四个季节选取一个特征时刻流场进行分析.结果表明:春季出库流量较大,夏季入库流量较大,所以春夏两季水库流速较大,水体流动性较好;秋、冬两季的出入库流量较小,水体流速较小,水体流动性较差.     

沉沙池水流流场分布均匀化改进研究

为了使沉沙池水流流场分布更加均匀,可在沉沙池的首端位置加设调流板。分析了调流板调节水流的机理,并通过模型试验进行了验证,结果表明,加设调流板是使沉沙池流场分布均匀化的一种既简单又有效的工程措施。提出了调流板孔洞的布置原则:沿垂向底部孔径应该大一些,表面孔径应该小一些;沿横向中间孔径应该小一些,两侧孔径应该大一些。     

交叉输水管道流场的数值模拟

正确计算出管道交汇处流场的分布情况,对于设计合适的入口管道直径具有重要意义.以工程中常见的交叉管为例,应用计算流体力学(CFD)技术,研究管中的流体状态参数.使用目前通用的专业CFD数值计算软件FLUENT对管道内流体进行二维数值模拟,分别对算例采用一阶离散化方法、RNG湍流模型进行模拟,并对模拟的计算结果进行比较分析.结果表明,侧管管径、偏角的变化会导致流场,压力场的变化,还会导致回流现象的产生和管道出口流速的变化.     

长流道式直线型沉沙池结构优化与数值模拟

沉沙池是保障滴灌系统正常运行的重要设施之一,但灌溉期池内水沙"固液"耦合过程比较复杂,且难以通过单一物理模型进行结构优化.为进一步提高滴灌系统沉沙效率,设计了长流道直线型沉沙池;采用物理试验与数值模拟相结合的方式,研究有无调流板和不同调流板角度对池内水沙运动规律的影响.结果 表明:Fluent软件可准确模拟池内"固液"...     

河道三维流场数值模拟计算

河道水流泥沙运动是随着沿程，水深和河宽三个空间方向变化的，属于三维问题。基于河道地形较为复杂，江心洲岛、叉道纵横、分流变化多端，文章推荐采用较精细的K-ε数值模型结合VOF(Volume of Fluid)方法来模拟。     

天然河段港口工程三维流场数值模拟

根据天然河段的地形条件,结合某港口建筑物布置,构建了工程河段流场数值计算模型.基于标准k-ε紊流模型,用有限体积法离散控制方程组,利用全隐式多重网格耦合求解技术,预测了港口工程河段水流流场的变化.     

水流数值模拟在滞洪区中的应用

滞洪区行蓄洪水时,水流形态复杂,传统的一维恒定、非恒定流计算方法将不满足要求,二维非恒定流数学模型能够较为准确地全面模拟计算域内水流的运动、水位的变化过程、冲淤情况等。在介绍二维非恒定数学模型原理的基础上．对崔家桥滞洪区行蓄洪水过程进行了模拟,并结合实际工程项目,对石郑客运专线铁路桥和锦郑成品油管道穿越崔家桥滞洪区的修建工程前后．进行了域内洪水演进、淹没及工程位置处流速状况的计算分析,为防洪评价提供了科学依据。     

同时存在温度和盐度梯度的分层流的数值模拟

本文对同时存在温度和盐度梯度的一类密度分层流进行了数值模拟,其中紊流平均量控制方程中的紊动项由一个简化的紊流应力/通量代数模型计算。计算结果正确地反映了分层及紊动特征,与实测结果吻合较好,而用k-ε紊流模型计算的结果与实测结果不符。     

旋流排螺装置内水流特性数值模拟

旋流排螺装置借鉴旋流排沙的原理,通过装置内产生的螺旋流使水和钉螺分离。为了探明装置内水螺分离机理,必须研究其流场全面图景。采用雷诺应力模型(RSM),结合流体体积函数(VOF)方法对旋流排螺装置的水气两相流进行三维数值模拟研究,并分析研究二次流分布特性。计算的自由水面和三维流速分布均与试验结果吻合较好。计算结果表明:切向流速分布呈现强迫涡特征,流速随半径的减小而减小;隔板能够抑制边壁处向上运动的水流、减弱携钉螺溢出的二次环流,对钉螺的有效排除有着关键作用。研究成果可为控制涵闸渠道钉螺扩散,改进旋流排螺装置提供技术技撑。     

平头圆柱体垂直出水粘性流动的数值模拟

本文用MAC方法求解平头圆柱体垂直出水的粘性流场。液面形状由运动学条件确定。计算结果给出了不同出水高度下的流动图谱、液面形状、流场速度分布、柱体表面压力及粘附在柱体上并被带出水面的流体体积。计算结果还显示,在柱体头部右侧区域存在一个顺时针旋转的旋涡,当柱体不断向上运动时,该旋涡离开物体向外移动,并逐渐消散。     

增设收缩墩后的跌坎消力池三维流场研究

当消力池池长和池宽受到限制时,跌坎底流消能工在大单宽流量、低Fr来流条件下引起的振荡水跃对消力池具有较大的破坏力;模型试验研究发现,在跌坎消力池前采用收缩墩后的联合消能工可有效解决上述问题。选取RNG k-ε模型和流体体积函数法(Volume of Fluid,VOF)自由液面追踪法,构建有无收缩墩2种跌坎消力池并进行数值模拟,得到流场内的水力特性,并结合试验数据对有无收缩墩的2种跌坎消力池方案进行对比分析。结果表明:跌坎消力池池内紊动能不足和大尺度漩涡的不稳定性是引起振荡水跃的主要原因;设置收缩墩后水流经收缩墩横向收缩和纵向拉伸后形成收缩射流,在消力池内形成2条细长的强紊动区,形成了更多三维漩涡,漩涡尺度变小,紊动剪切加剧,破坏了不设收缩墩时的水跃旋滚,有效地消除了振荡水跃。这种消能工对工程条件限制下的低Fr数、大单宽流量底流消能具有较高的推广应用价值。     

滑坡涌浪垂面二维数值模拟

 根据可压缩流连续方程和Navier-Stokes方程，推导出滑坡涌浪的控制方程，并建立了垂面二维滑坡涌浪数学模型。采用非规则贴体网格有限体积法和显示MacCormack法步进求解方程，并且利用新滩滑坡的相关资料进行了验证。结果表明，模型的计算值与原型观测值吻合较好。     

侧向进水口立轴旋涡数值模拟

为了研究侧向进水口立轴旋涡的运动特性,以RNG模型为基础,引入VOF方法捕捉自由液面的变化,对立轴旋涡的形态及其运动轨迹进行了三维数值模拟,并对旋涡水面线和三维速度分布进行了分析。结果表明,侧向进水口前的旋涡是非对称的,其涡轴是一条空间曲线,旋涡下部在进水口的抽吸拉伸作用下发生扭曲。旋涡运动可分为三部分,第一部分水面线呈漏斗状,与对称旋涡类似,第二部分旋涡运动逐渐从竖向转为横向,第三部分为横向运动。在旋涡的上半部,轴向速度随着水深的增加而增大,当旋涡逐渐由竖向转为横向运动时,轴向速度逐渐减小直至为零。最大切向速度发生在淹没深度的52%处。     

坝下消能工局部水流的数值模拟

本文针对坝下消能工紊流的特点，建立了曲线坐标下带自由表面、强紊动水流的数学模型，并编制了坝下消能工数值实验室的大型软件包。利用该软件包对坝下消能工中复杂水流进行了数值模拟，并通过动态显示技术以形象的图形输出，从而可以灵活地修改模型或原型的形状和参数，方便地进行系列数值实验或不同方案的比较，为泄水建筑物消能工的方案选择和设计提供足够精细和准确的数据，有助于数学模型逐步地取代费时耗物的物理模型实验。     

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。     

两相流数值模拟分析等螺距诱导轮内空化问题

以等螺距诱导轮为研究对象,应用CFD软件,采用空化和混合两相流模型,通过对Y2-315M-2型离心泵前置等螺距诱导轮流道内空化流动进行非定常数值模拟,分析叶片上的静压分布及液相和空泡相分布特征.结论表明: 该诱导轮自身具有良好的抗空化性能.