带有自由表面紊流流场的数值模拟

带有自由表面的三维强紊动水流在水利水电工程中，以及其他一些领域普遍存在．对该种紊流的数值模拟历来是一个十分具有挑战的领域．应用双流体模型与传统的标准κ—ε双方程紊流模型相耦合，对水垫塘中紊流流场进行了数值模拟、数值计算结果与物模测量结果具有较好的一致性。     

带自由表面三维非恒定紊流场的全场数值模拟

本文基于Ｌａｇｒａｎｇｅ法与ＡＥＬ方法的思想推出了一种颇具实用价值的轨迹Ｅｕｌｅｒｉａｎ－Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ（ＴＥＬ）型非恒定坐标变换系统，包括边界轨迹ＴＥＬ型非恒定变换与网格轨迹ＴＥＬ型非恒定变换；应用ＴＥＬ型非恒定坐标变换系统推出了带自由表面三维非恒定紊流场的全场数学模型，并通过以孤立波的爬坡计算与带自由表面强弯曲渠道紊流场计算作为实例验证了模型的可行性和有效性。     

二维翼型非定常运动数值模拟

本文应用商业软件FLUENT进行数值模拟。首先将静止圆柱和旋转振荡圆柱绕流的计算结果与文献[18]进行了比较,接着对典型二维翼型沉浮振荡的计算结果与实验图像进行了比较,以此验证了用Fluent软件计算非定常运动的可靠性。在此基础上,本文对二维翼型沉浮、俯仰以及沉浮/俯仰联合运动这三种方式分别进行了模拟,分析了不同参数如振幅、频率、沉浮和俯仰之间的相位差的影响。得出一些有意义的结论和新的现象。     

二维非定常水跃湍流现象的数值模拟

通过求解时均N-S方程及K-ε湍流模型,数值模拟了典型水跃湍流由静止到最终稳定的全过程,采用VOF模型跟踪自由表面的变化.本文给出了水跃现象在不同时刻自由表面的变化情况,主要对水跃过程中自由表面的形状、内部流场结构、速度矢量场及压力场分布进行了分析.结果表明,VOF模型能够有效地描述水跃这类复杂自由表面流道的湍流特性,...     

自由流场二维圆柱阻力系数数值模拟

利用FLUENT软件模拟了自由流场中二维圆柱在不同雷诺数条件下所产生的阻力系数。当雷诺数小于100时,采用层流模型进行模拟;当雷诺数介于200和100 000之间时,利用剪应力传递SSTk-ω模型来研究流速场随时间的变化。经比较k-ε模型和SSTk-ω模型的计算结果表明:阻力系数计算值和实验值吻合良好,当雷诺数大于100时,SSTk-ε模型可以比k-ε模型更好地预测阻力系数;但当雷诺数超过5 000时,k-ε模型不再适用。     

具有起伏表面的紊流数值模拟

本文将代数应力模型推广应用于具有起伏表面的紊流数值计算.对水面起伏问题进行了研究,首次提出了“弹性盖”的概念,给出了处理起伏表面的方法,依此可计算出自由表面的位置和给出更精确的结果.从而克服了SIMPLE算法在处理水面起伏问题上的弱点,且比MAC等方法简单易行.文中以表面射流和底部射流为例,说明了“弹性盖”法的具体应用,计算结果与试验值符合良好.     

挑流冲坑紊流场的二维数值模拟

利用代数应力模型对淹没冲击射流作用下的冲刷坑内紊流场结构进行了二维数值模拟。计算中采用贴体正交网格变换处理不规则的冲坑几何边界，用VOF方法处理自由水面条件对水流结构的影响。结果分析表明，采用的数值方法可行，计算结果合理，在此基础上，可进一步研究冲坑的消能机理和冲坑的动态发展过程。     

深筒式消力井的二维紊流数值模拟初探

分析了深筒式消力井内的水流因受固体边界的约束，水流有各向异性的特点，论述了运用数值模拟的方法研究该问题的重要意义，并建立了二维紊流代数应力模型。     

高水头下水库无压泄水洞的二维紊流数值模拟

对多种紊流模型的优缺点进行比较后，选择了标准的k-ε紊流模型模拟高水头下水库无压泄水洞水流，计算结果与物理模型试验结果吻合较好。在数值计算中，采用了有限体积法离散微分方程组，离散方程时采用了交错网格技术；求解离散方程时则采用了交替方向迭代技术(ADI法)，并采用了目前较为流行的SIMPLE计算程式，以保证数值计算的稳定性和精确性。为了加快收敛的速度，采用了欠松弛技术和源项线性化，对特殊的边界条件进行了处理。     

掺气坎后射流空腔积水的二维 紊流数值模拟

在不考虑掺气浓度分布情况下将掺气坎上的水流流动按水气分层两相流进行研究,采用 VOF方法和k}e紊流模型进行数值模拟,得出了不同类型坎下积水情况和水舌形态。研究认为,掺 气坎体型尺寸及下泄流量不变时,掺气空腔内积水程度随泄槽底坡加大而减弱直至消失;掺气坎体型 不变,佛氏数的变化仅随流速变化时,佛氏数增大则积水程度减弱直至消失。对某大型水利工程放空 洞掺气挑坎的数值计算结果与试验结果吻合较好,表明将紊流数学模型用于掺气坎后射流空腔积水的 数值模拟是合理可行的。     

带自由表面后向台阶流的数值模拟研究

后向台阶流是工程领域中一类常见的流动现象,也是流体力学中复杂剪切流动的一个典型例子。针对自由表面对后向台阶流场的影响,在总结前人研究成果的基础上,本文利用VOF方法追踪自由表面,采用realizable k-ε紊流模型封闭控制方程,建立立面二维数值模型,对带自由表面后向台阶流进行了模拟研究。模拟得到4种特征雷诺数工况下,台阶后纵向流速、紊动能、耗散率、边界压力值和水面流速的沿程分布。模拟结果与原型实验观测结果吻合较好。根据模拟结果,对台阶后流场随特征雷诺数变化的规律以及自由水面对台阶后流场分布、漩涡结构和压力值的影响进行了分析讨论。     

尾水管涡带非定常流动数值模拟

基于雷诺时均N-S方程和标准k-ε双方程湍流模型,对混流式水轮机尾水管内部的三维定常湍流进行了计算。对加和不加出口尾水箱分别进行了定常计算,比较了两者的收敛性,肯定了尾水箱的作用;同时给定尾水管周期性旋进进口边界条件,对尾水管进行了非定常流动计算,分析了尾水管压力脉动和水流运动情况,认为尾水管流场及涡动现象基本和实际符合,结果表明了给定的进口速度模型的逼近真实性。     

数值模拟二维溃坝

该文应用Level Set方法研究了二维溃坝问题.用二阶投影法和高阶迎风格式求解二维Navier-Stokes方程,用CIP(cubic-Interpolated Pseudoparficle)方法求解Level-Set方程.通过数值计算得到了各个时刻溃坝运动界面的变化和相应速度的分布,该文的数值结果与相关的数值实验结果基本一致,说明该文的算法对于捕捉溃坝波的破碎和融合是实用且有效的.     

三维非定常湍流尾水管涡带数值模拟

采用全流道三维非定常流动数值模拟方法,研究了混流式水轮机在部分负荷工况运行时,尾水管涡带在尾水管内引起的压力脉动现象。计算工况为典型的部分负荷工况,单位转速为70.52r/min, 单位流量为0.679m3/s。计算结果表明在4个计算点都得到了涡带低频压力脉动：频率为0.333Hz, 是转频1.25Hz的1/3.75,相近工况（n11=71.25r/min,Q11=0.689m3/s）模型试验测得涡带频率为5.31Hz, 是转频18.62Hz的1/3.51,从涡带频率看计算结果与试验测量结果一致。研究成果表明数值模拟方法是可行的,可以在设计阶段预测尾水管内涡带压力脉动的特性。     

二维温差水流数值模拟

建立立面二维水动力学与水温耦合模型,用分步法求解流速和压力,采用大涡模型计算紊动应力和紊动扩散。对由温差引起的空腔流动进行了模拟,分析了流动特性与雷利数的关系。对水库冷水入流试验模型进行了模拟,并将计算结果与已有文献进行了比较,结果表明:无论是下潜流的厚度。还是纵向流速沿水深方向的变化都吻合得很好。     

基于SPH的自由表面流动数值模拟

光滑粒子流体动力学方法是一种新近发展的无网格数值方法,在处理自由表面等复杂边界、流体大变形方面具有显著优势.应用该方法求解了拉格朗日形式的Navier-Stokes方程,为提高计算精度,本文通过采用两种粒子模拟固壁边界,改进了计算方法.并对湍流、粘性流体、不可压缩问题进行求解.通过二维和三维算例对近岸水动力学中波浪传播、变形、与建筑物的相互作用问题进行了数值计算,验证了其可行性,并为SPH的进一步扩展和应用奠定了基础.     

自由表面流动数值模拟方法的探讨

本文建立和开发了一个用于求解具有自由表面的二维不可压缩粘性流体流动的Navier-Stokes方程的数值模型，这个模型采用ALE方法描述流体的运动，基本方程组中的流速和压力利用Projection 2方法来解耦，空间离散采用有限单元法，而时间离散则采用semi-implicit方法，自由表面位置则通过求解相应的偏微分方程来确定，而计算过程中网格的调整则采用了新的方法，算例结果令人满意，表明方法可行。     

紊流数值模拟的现状及进展

讨论了紊流数值模拟的发展历史、现状及真挚比较了各类紊流模型的优缺点及适用范围，并对特殊效应（曲率、近壁区）的处理作了介绍和评述，为了提高模型的预报能力，多重尺度和非线性模型正应用于工程计算。随着计算机的发展，大涡和直接数值模拟也取得了一些研究成果。     

平面二维河床变形的数值模拟

为了研究河道平面二维的河床变形问题，及由此而引起的对防洪、航运等造成的影响，本文给出出非均匀沙的平面二维全沙动床数学模型方程组，并考虑了移质不和饱和输移、非均匀沙推移质输移及床沙级配的调整。在求解水流泥沙运动方程时，采用控制体和只法及动边界技术，对水流速度场、悬移质浓度场及河床变形进行了数值模拟。该模型采用正交曲线网格来克服天然河道边界形状复杂、长度尺度相差悬殊以及由于水位波动引起计算边变化等等困     

二维槽沟流的数值模拟

本文应用k—ε-E紊流模型建立二维任意几何形状槽沟流动的数学模型,用贴体拟合坐标和有限解析法进行数值计算,可预报这类局部水流现象的时均场和脉动传输量场。并计算了两个实例,所得结果与实验值吻合。