交汇角对明渠交汇口污染物输运特性影响的数值模拟分析

针对等宽矩形断面明渠交汇口建立三维两相流水动力-污染物耦合数学模型,将污染物视作保守物质,不考虑其降解作用。该耦合模型以雷诺应力模型为基础,定量研究不同交汇角工况下交汇口的分离区几何特性及污染物输运规律。计算结果表明：交汇口分离区几何形状、污染物分布特性均存在明显的三维特征,且受交汇角影响;交汇角较大时分离区的几何对称性更强,不同交汇角下断面环流的位置不同,污染物的分布也不同,污染带最大宽度、混合界面宽度均随交汇角的增大而增大;分离区及其上游污染物混合速率随交汇角的增大而加快,在流速恢复区及其下游,混合速率基本不受交汇角影响,其沿程变化符合指数函数关系。     

90°等宽明渠交汇水流污染物混合规律数值模拟

为研究明渠交汇水流污染物混合规律,针对90°等宽顺直明渠水流交汇口,建立三维水动力-污染物耦合输运数学模型,对6 种不同汇流比情况进行数值模拟研究。计算结果表明:交汇水流污染物分布存在明显的三维特征,且与二次流密切相关;水体表层污染带最大宽度与汇流比的关系和水体内部不同,表层水体污染带最大宽度在小汇流比工况下为主渠宽度,不随汇流比的变化而改变,在大汇流比工况下与汇流比呈良好的一次函数关系;中下层水体污染带最大宽度与汇流比呈二次曲线关系;汇流比越接近0. 5,污染物混合越不均匀,且汇流比越大,污染物混合速率越快。     

斜接型交汇河段水流特性试验及数值模拟研究

以新疆塔里木河段复杂的干支流分布为背景,对交汇角度为45°的斜接型交汇水流进行试验研究,分析得到在交汇角度为45°,模型尺寸大小、地形条件相同,改变汇流比RQ时,RQ越小（即主流流量越小,支流流量越大）,流速变化范围越大,主支流混掺紊动情况越明显,分离区面积增大,主支流上游越易壅水;在汇流比、交汇角度、形体尺寸等条件不变的情况下,改变交汇区域地形,地形越复杂交汇区域紊动情况也越剧烈;在只改变主支流交汇角度的情况下,交汇角越大,越不利于下游水流顺畅,但最大流速区在交汇口下游向对岸移动,易对交汇区域岸边产生冲刷,因此在实际工程中应综合考虑现实问题来确定所要设计的交汇角度。所得数值模拟结果与物理模型试验结果吻合良好。     

水流交汇区的水动力学特性数值模拟

为开展水流交汇区污染物浓度分布研究,进行水流交汇区水动力学特性的数值模拟,建立适用于水流交汇区的水气两相流数学模型。模型采用Weber试验数据进行验证,验证结果表明模型模拟的自由水面、流场与试验结果吻合较好。针对交汇区浓度分布试验的研究需要,模拟分析了不同交汇角、流量比和动量比对交汇区水动力学特性的影响。研究结果表明:分离区的范围随交汇角、流量比和动量比的减小而逐渐缩小直至分离区消失,交汇角、流量比和动量比越小,交汇口上游水位的壅高及分离区内水位的下降程度越不明显。     

输水管道含沙水锤模型及特性研究

水锤现象的准确描述对于长距离供水工程安全稳定运行有着至关重要的影响,但传统的水锤模型缺乏对于输水管道含沙水锤的深入探讨与分析。本文基于费祥俊阻力模型定义了管路当量摩阻,借鉴韩文亮浆体水锤波速公式推导了非均质流含沙水锤特征线方程,采用特征线法计算得到了不同泥沙颗粒参数下RPV系统的关阀水锤压力,并与清水水锤计算压力对比。结果表明：清水水锤数值计算瞬态压力与实验数据较为吻合;含沙水锤压力增量与含沙量呈正相关而与颗粒直径无关,含沙量100 kg/m³时最大水锤压力为77.91 m,较清水计算结果高出7.71%;由当量摩阻换算得到的管路糙率与含沙量和颗粒直径呈正相关,与初始流速呈负相关。相关研究成果为高含沙流域长距离供水工程安全运行与水锤防护提供了参考。     

交错气泡运动特性数值模拟研究

为了进一步探讨交错气泡运动形变特征及运动过程,采用Open FOAM开源计算流体力学软件,利用VOF方法,对三维两气泡在不同间距及偏移距离时的上升运动行为进行模拟,研究气泡间距及偏移距离对流场、速度场及气泡形态等的影响。结果表明:在两气泡运动至聚并为一个气泡前,两气泡两侧存在4个大小不一的旋涡,下气泡左侧旋涡影响范围较小;两气泡聚并为一个气泡后,该一个气泡两侧形成2个大旋涡并随着偏移距离增大,左侧旋涡影响的范围也越大。两气泡的间距及偏移距离影响着气泡上升及聚并过程中的气泡形态。气泡间距一定时,下方气泡偏移距离越大,两个气泡顶部速度增幅越小。     

基于CFD的长距离输水管道检修通风模拟研究

长距离输水管道工程运营期检修排水使管壁附着的水生生物死亡腐烂产生大量有害气体,严重威胁检修人员人身安全,因此通风对于长距离输水管道的检修安全至关重要。为了探究长距离输水管道内部风流场和有害气体浓度场的分布特点,采用标准k-ε湍流模型进行检修通风数值模拟分析,探究了检修通风设计方案的可行性。研究结果表明：工作井内风管口位置附近风流紊动明显,但其影响范围较小,输水管道内部大部分区域内风流分布十分均匀,且风速均远高于相关规范的最低风速要求;管道内有害气体浓度随风流方向逐渐累积,在排风管口处达到峰值并排出输水管道,有害气体的峰值浓度为8.65 mg/m³,远低于规范要求的有害气体浓度限值,检修通风设计方案可以满足检修作业的安全需求。本研究可以为类似工程通风方案设计提供理论依据和科学指导。     

分汊型河道水流运动特性和污染物输移规律研究进展

对分汊型河道的水流运动特性和污染物输移扩散规律的相关研究进行综述,分别从分汊型河道中分汊口、交汇口、整个分汊河道的水流特性及分汊型河道中的污染物输移特性等4个方面进行总结。介绍分汊口和交汇口处的水流从其能量损失、水位变化、水流分离等一维、二维过流特征到三维流动结构和紊动特性的研究过程;从野外现场试验、室内物理模型试验和数学模型模拟等角度出发阐述了整个分汊河道的水流特性;认为污染物在分汊河道中的输运规律研究主要集中在数值模拟上,并进行了回顾和分析;提出分汊河道水流水质输移特性研究中一些有待深入探究的问题,尤其亟待加强不同排放方式、不同污染物密度和不同分汊形态下污染物输移机制的试验研究。     

琴键堰过流水力特性数值模拟

琴键堰是一种新型的迷宫堰结构形式,其特点是相同堰宽、水头条件下泄流能力提升显著,采用RNG k-ε型湍流数学模型,VOF法处理自由水面,建立三维数学模型。通过对不同工况琴键堰体型的模拟计算,获得三维流场水流流态、流速等信息。结果表明:(1)采用Fluent软件对琴键堰进行数值模拟的适用性强,并验证了琴键堰的泄流效果显著;(2)琴键堰的三维流场流态复杂,具有三元水流的性质,堰上水头的变化影响琴键堰的泄流能力;(3)上、下游处水流呈明渠流状态,速度最小,为0.2m/s,流经堰体时形成水舌,流速增大,水舌与堰壁间空腔处有通气孔掺气,形成漩涡区,气体流速2m/s,水舌入水后有水气混掺。利用数值模拟技术,使获得的流场信息更加详尽,为进一步研究琴键堰流场特性奠定基础。     

山地灌溉管道含气囊运动的水力特性研究

采用直径75 mm的PVC给水管,建立了山地灌溉管道模型,对有压灌溉管道中凸起管段气囊运动的水力特性进行研究。试验中改变管道中流量,观察管道凸起部位气囊运动情况;通过量测流量、管道动水压强,分析了雷诺数与管道凸起处135°弯头局部阻力系数的关系。结果表明:①随着管道输水流量减小,管道突起部位气囊体积扩大,气囊对管道水流阻力增大;②随着雷诺数增大,管道凸起管段135°弯头局部阻力系数减小,雷诺数小于2.0×104时,局部阻力系数随雷诺数增大而迅速减小,最后趋于稳定。     

岩溶地下水运动与计算的若干问题讨论

阐述岩溶地下水运动特点，分别讨论南方岩溶地下水与北方岩溶地下水运动特征，在此基础上建立了概念性模型。论述岩溶地下水运动的若干计算方法、着重讨论了数值方法、系统分析方法及随机方法等的适用条件及计算精度，同时介绍了一些以往文献没有提及的水文地质现象。认为，应根据具体的岩溶地下水运动特点，选用相应的计算方法，使成果更符合实际。     

龙抬头泄洪洞水力特性研究

结合某泄洪洞改建工程,利用三维紊流模型对不同进口高程的龙抬头泄洪洞水力特性进行比较研究。首先,利用龙抬头泄洪洞水工模型试验结果验证了数值模拟结果的可靠性。然后,针对四种进口高程的龙抬头泄洪洞,从泄洪洞泄流能力、水头损失及水流流态等方面进行了比较。结果表明,在保证各曲线段光滑平顺的前提下,进口高程对泄洪洞、水头损失及流态的影响不大。研究成果可为泄洪洞的设计提供依据。     

排沙漏斗流场特性与排沙机理研究

排沙漏斗是一种截沙率高、耗水率小的二级泥沙处理设施。为了进一步探明排沙漏斗的流场特性和排沙机理,该文采用声学多普勒流速仪(ADV)对排沙漏斗立轴螺旋流进行了三维流场测试,采用雷诺应力模型(RSM)和VOF方法数值模拟了排沙漏斗内清水流场,计算的水流时均流速分布与实测结果吻合良好。通过数值模拟方法得到了全面详细的排沙漏斗流场结构信息,并据此分析了排沙漏斗的排沙机理,提出二次流是排沙漏斗能够顺畅高效排沙的关键。     

浅水流动与污染物输运的高分辨率计算模型

将基于流向量分裂技术的两步有限体积分量方向TVD格式应用于求解浅水方程和污染物输运方程,建立了二者耦合求解的高分辨率计算模型。实际算例表明,该模型能较好地计算浅水流动和污染物输运问题,为浅水流动和水环境模拟提供了精度高、稳定性好的数值计算模型。     

对角泵叶轮内部流动与能量特性数值分析

利用RNGh紊流模型封闭时均N—S方程组，对一组对角泵叶轮的内部三维流动进行了数值模拟，在分析基本流态的基础上，对对角泵叶轮的能量特性进行了预测和比较。计算结果表明，对应于不同的叶片夹角，对角泵叶轮的能量性能差异很大。轴流泵叶片对角布置后，离心力的作用使对角泵叶轮的扬程提高，使得叶轮的最优比转数随叶片夹角的减小而减小。随着叶片夹角和流量的减小，对角泵叶轮的功率不是增加而是减小，功率特性由轴流泵逐步向离心泵过渡。与对应的轴流泵相比，对角泵的最优效率点向小流量方向偏移，但高效区变宽。叶片夹角为150。的对角泵叶轮的流量加权平均效率比对应的轴流泵叶轮高0．82％。因此，选择优秀的水泵水力模型，通过优化叶片夹角、叶轮室及轮毂的形状和尺寸，能够改善和提高对角泵叶轮的能量特性。     

回转体空泡流特性研究

利用CFD商业软件F1uent 6．0中的基于Rayleigh-Plesset方程的单一介质可变密度混合模型进行了回转体空泡流特性研究。首先采用二维轴对称求解器进行了不同头体的空泡几何特性研究,及局部空泡阻力特性分析,探索了空泡减阻的机理。然后采用三维求解器进行了非零攻角空泡流及超空泡数值模拟。给出了较易产生空泡的头型,与实验结果符合得较好;得到了零攻角和非零攻角情况下的双空泡及超空泡形态。     

地表点源滴灌土壤水分运动的动力学模型与数值模拟

本文提出了一种地表点源土壤水分入渗的数值模拟模型.采用ADI隐式差分格式将土壤水分入渗方程离散，用Gauess-Seidel迭代算法求解非线性差分方程.利用质量平衡原理对地表饱和区进行了动态处理.结果表明，数值计算结果较吻合于实测数据，所提出的数值模型既适用于均质土壤，也适用于成层土壤.     

黄河下游花园口—孙口河段水沙运动仿真模型开发研究

黄河下游洪水演进受滩槽冲淤、生产堤状况与滩地调蓄作用的影响非常显著．花园口～孙口河段水沙运动仿真模型以二维不恒定流与不平衡输沙理论为基础，采用无结构不规则网格，分段建模，联接运行，能较好适应河势的变化．模型具备动态图象显示和人机对话功能，可在计算中较好模拟生产堤溃决或抢险堵口加高等现象．模型对滩槽冲淤具有一定的自调节的能力，增强了模型对黄河来水来沙变幅大的适应能力．模型以“８２８”与“９６８”两场洪水的实测资料作了验证，结果吻合良好     

内蒙古镫口扬水站叠梁闸门水力特性研究

泥沙淤积是镫口扬水灌区的主要问题,在泵站进口设置叠梁闸门可以有效地拦截入渠泥沙。文章对不同高度叠梁闸门的过水能力进行验证,并对叠梁闸门后水流进行二维数值模拟,分析其水流流态,研究水、气两相分布及可能存在的问题,进而确定叠梁闸门的设置高度,为根治灌区泥沙问题提供理论依据。