双线船闸引航道水力特性数值模拟

长沙综合枢纽双线船闸共用引航道,船闸引用流量大,在灌、泄水时引航道内形成非恒定流,水流十分复杂.为确保引航道内船舶航行和停泊安全,采用三维数学模型对船闸最不利运行工况下引航道内复杂非恒定流进行了深入研究,分析了复杂水流形成机理、发展和传播过程,获得了不利工况下的波高、波速、比降和系缆力等水力要素,提出并研究了双线船闸错峰运行和增加船闸旁侧泄水等改善措施,有效改善了引航道内水流条件.研究成果已应用于依托工程中,船闸试运行表明研究提出的改善措施十分有效,该成果可供类似工程参考借鉴.     

三峡水利枢纽永久船闸第一分流口施工

三峡工程永久船闸第一分流口体积庞大,结构复杂,施工干扰大,又逢高温季节浇筑,技术要求高。经过精心组织及精心施工,第一分流口工程完全达到了预期效果。     

三峡船闸输水系统分流口型式研究

 采用局部模型试验研究方法，对三峡船闸闸室第一及第二分流口的布置型式进行了不同方案比较；对分流口流态、分流比及压力等因素进行综合分析后，提出了较为合理的分流口布置型式，为修改设计提供了依据，并可作为其它高水头船闸设计参考。     

高水头船闸阀门段体型优化三维数值模拟

采用动网格技术和VOF方法对阀门开启过程进行非恒定流三维紊流数值模拟,分析阀门段水流急变分离的流态、流速、压力等水力特性参数的时空演化规律,分析出现空蚀危险的区域和时刻。针对阀门后突扩体顶板和升坎凸弧处出现的较低负压问题,提出8种体型方案,并分析体型参数对流速、流态、压强分布的影响,遴选出最佳体型。分析结果表明,方案3的顶板压强最大,方案8的升坎凸弧处压强最大。     

HLOCK:高水头船闸分散输水系统水力计算FORTRAN程序

本文首先阐述了编制HLOCK程序的意义,然后给出了按能量守恒原理建立的船闸输水非恒定流基本方程组及差分法数值解,着重介绍了高水头船闸分散输水系统水力计算FORTRAN程序HLOCK的各种功能,并给出了程序的框图。对程序中主要计算公式及变量符号也作了说明。最后给出了该程序用于长江干流某大型船闸输水系统灌、泄水全过程水力计算的实例及其输出结果、水力特性曲线和各有关水力特性值。本程序可供有关设计单位采用。     

昭平水电站船闸槛下分散输水系统水力特性研究

叙述了我国第一座采用槛下闸底廊道二区段出水的分散输水系统船闸－广西昭平电站船闸（水头２０ｍ，闸室有效尺寸为６０ｍ×８ｍ×１．５ｍ）１：２０输水系统水工整体模型及１：１６阀门段减压模型试验成果，并对闸室输水水力特性及船舶停泊条件、空腹式输水阀门廊道段的水力特性，包括阀门的阻力系数、收缩系数、阀门后水流收缩断面的最低压力以及阀门的空化特性和减免空蚀措施等方面作了介绍。原型运转表明，该船闸水力条件令人满意。     

乌东德５号导流隧洞改建体型水力特性研究

乌东德水电站下闸蓄水期间利用５号导流隧洞过流,以满足坝下生态流量及水位衔接的要求。针对原导流洞体型有压段出口流速高的问题,提出了在导流洞有限的有压段范围内增设洞塞消能的方案。采用三维数值模拟技术对四种洞塞方案进行了研究,根据计算成果及生态流量要求确定采用两级洞塞方案。采用模型试验对两种两级洞塞方案的流态及压力进行了详细研究,结果表明:随着水位的增加,两种改建体型的导流洞有压段流态均从明流向满流转变,并在闸门段出现不稳定气囊。两级洞塞及延长方案的时均压力值及分布规律相似,脉动压力均波动剧烈且部分测点达到负压极值,延长方案泄水孔进口处脉动压力峰值略小。     

高水头岸边泄洪洞水力特性的数值模拟

为了探索采用数值模拟的方法来研究高水头岸边泄洪洞水力特性的可行性,用Fluent商用计算软件,对某电站岸边泄洪洞进行了数值模拟研究,得到了泄流能力、压强沿程分布、水流空化数、通气设施进气量、空腔形态及挑距等,并将部分计算结果与模型试验结果进行了比较,两者符合较好,表明采用数值模拟的方法研究龙落尾式泄洪洞的水流是可行的。但是,数值模拟暂时不能正确的反映掺气水深及洞顶余幅。     

高水头船闸一字闸门水动力特性数值模拟

针对某山区高水头船闸30 m淹没水深下一字闸门的水动力特性进行研究,借助FLUENT软件提供的Realizable k-ε紊流模型对门体启闭过程非恒定流场进行动态模拟,通过建立由二维平面混合网格纵向拉伸成的三维棱柱体网格,结合2.5D重构和弹性光顺动网格法,在降低网格数量、提高计算效率的同时,实现一字闸门启闭全过程三维流场模拟。引入VOF法对自由水面迭代求解,得到一字闸门启闭过程门前后水位差及动水阻力矩变化规律,将计算结果与模型试验进行比较,两者吻合较好。模拟计算发现:门底间隙对闸门运行整个阶段动水阻力矩均有影响,动水阻力矩峰值随门底间隙增大而变小。     

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。     

大底坡下“H”型竖缝式鱼道池室水力特性数值研究

竖缝式鱼道作为一种生态补偿工程可有效缓解水利工程对鱼类洄游造成的不利影响,研究合理参数下竖缝式鱼道水力特性对建设经济有效型鱼道具有重要意义。基于物理模型试验与三维数值模拟相结合的方法,在大底坡1∶20情况下,系统分析了9种池室长宽比的“H”型竖缝式鱼道流场分布及水力特性。结果表明：不同池室长宽比下主流均呈“S”型,主流流速最大衰减率为46.4%~61.3%;池室长宽比L∶B=10∶8为大底坡“H”型竖缝式鱼道最佳池室长宽比,该方案池室内水流流态较好,主流向右侧弯曲且曲率最大,存在较大范围的低紊流区,且满足鱼道单位体积消能率的要求,有利于鱼类洄游上溯。研究结果可为大底坡下“H”型竖缝式鱼道参数选取与水力优化设计提供参考依据。     

井筒式泵装置水力特性数值模拟

基于k-ε紊流模型和雷诺时均N-S方程,运用商用CFD软件,对井筒式泵装置进行了三维流动数值仿真计算。通过对性能曲线的分析,发现设计工况下,进水管直径较大时效率较高。对比进出水损失发现,进水损失随着流量增大而增大,出水损失随着流量增大先减后增。通过分析VX云图和流线图,发现进口管直径较小时,流速较大,形成的漩涡也较大,漩涡区域涡量为大管径时的2倍以上。对叶轮进口断面轴向流速分布均匀度的分析,得到进水管较大时,叶轮进口的流速均匀度较高,但在流量超过330L/s的工况下差异不明显。从喇叭管进口断面平均涡量的计算分析中,得到喇叭管进口断面平均涡量随着流量增大而增大,且进水管直径较大时,平均涡量小,减小超过20%。     

水轮机筒阀动水关闭特性的数值模拟

为了模拟水轮机发生飞逸时筒阀的动水关闭过程,运用RNG κ-ε湍流模型、动网格和滑移网格技术,进行了筒阀运动的三维非定常数值模拟,分析了筒阀的流量特性、轴向液动力变化趋势、水头损失特性和筒阀不同行程处的速度分布.通过这些水力特性的分析不仅可以预测水轮机的工作状态,而且可以确定筒阀运动的执行机构--多液压缸同步运动系统的设计和操作参数,其结果已经应用于云南省南沙水电站筒阀系统的前期设计工作中.     

引水改善星海湖的水动力-水质特性数值模拟

针对星海湖存在的湖泊水动力不足与水质恶化等水生态问题,通过建立二维水动力-水质模型,选取化学需氧量(COD)为水质指标,计算了12种不同水文特征与引水量工况,分析引用不同黄河水量下湖区水动力和水质指标的变化及空间分布情况。结果表明：引入黄河水能够有效改善星海湖的水动力与水质状况,减小滞水面积,降低COD浓度;在相同水文特征工况中,水质指标COD浓度随着引水量的增加而逐渐降低,且其削减率逐渐提高;在相同引水量工况中,丰水年水质指标COD削减率普遍高于枯水年和平水年;枯水年和平水年引水量分别为1 400×10⁴和700×10⁴ m³时能够达到地表水Ⅲ类水质标准。     

弯段溢洪道导流墩联合糙条消能工水力特性试验研究

由于弯道离心力与边墙的作用,导致溢洪道内产生水面超高、横向冲击波等问题。为了充分体现加设导流墩糙条后对溢洪道内水力特性影响,通过对曲率半径与底宽比值为2. 2的60°弯段溢洪道试验研究,得到了不同试验方案下溢洪道各典型横断面的水深与水流动力轴线分布规律。结果表明:导流墩布设位置和个数均可以一定程度地改善溢洪道内水面结构形态,单一形式导流墩对弯道内水面结构改善效果不如导流墩和糙条联合布置形式; 5组试验方案最大水面差及最大水深在1/5～2/5弯道横断面和4/5弯道横断面相邻上下游位置发生频率较大,且导流墩糙条联合方案的水流动力轴线更趋向弯道中轴线;相比同类消能工,导流墩糙条联合形式布置在弯道内更加节约工程造价,且施工较方便,可为实际工程设计提供理论参考依据。     

部分冰盖下水流水力特性数值模拟

运用Fluent软件建立雷诺应力模型,模拟不同冰盖覆盖度下恒定均匀流流场,从纵向时均流速、二次流、雷诺应力、紊动能等方面揭示部分冰盖下水流的水力特性。结果表明：岸冰的形成会导致冰盖下水流在断面上重新分配,明流区流速增大,冰盖下流速减小;横向动量交换产生复杂的二次流结构,涡体形状、数量、大小和位置随着冰盖覆盖度的增加而变化;雷诺应力断面分布较复杂,冰盖附近区域雷诺应力为负值,负值区范围与冰盖覆盖度密切相关,并凸向明流区;冰盖、边壁和床面的粗糙度不同导致紊动能在断面上的分布呈现出明显的差异,冰盖区紊动能大于明流区的值,反映出岸冰对冰盖下水流结构影响的复杂性。     

低扬程泵装置流动特性及水力性能研究进展

综述近年来低扬程泵装置流动特性及水力性能方面的研究进展,分别从进出水流道、叶轮和整体泵装置等方面对目前研究成果进行分析,指出为了更真实地描述泵装置流动与性能研究,应树立从装置的角度去认识泵装置及其各过流部件的内、外特性的思想。目前需要在泵装置内部三维流动测量和低扬程泵装置选型方法两方面作重点研究。