溢洪道出口斜切型挑坎挑射水舌三维数值模拟

采用RNGk-ε紊流模型与VOF方法对溢洪道斜切型挑坎挑射水舌进行了水气二相流三维数值模拟。计算得到了空中水舌形态、水舌挑距、水舌入水角度及入水速度,模拟结果与模型试验和理论计算结果吻合良好,分析了空中水舌及水舌入水区域的流场、水舌入水位置、紊动能κ和紊动能耗散率ε的分布规律以及提高水舌数值模拟精度的措施。论文研究结果表明本数值模拟方法对类似工程基本可以代替模型试验,从而提高研究效率,并为工程优化设计及运行提供科学依据。     

水垫塘三维紊流数值模拟及消能分析

开发了能模拟复杂紊流的三维数学模型，编制了大型计算程序，针对拉西瓦水垫塘进行了数值模拟，揭示了水垫塘内速度，压力，紊动能及其耗散率的三维分布规律，获得了详细的水垫塘流态特性。研究了水流紊动扩主消能特性，反映出紊动和消能大量地发生在射流轴线附近，计算所得的底板最大冲击动压与实验值进行了比较，二者符合良好。     

高坝下游水垫塘内典型流态演变问题探讨

为揭示高坝泄洪消能机理及水垫塘防护措施，系统地研究了水垫塘内的流态特征。根据高坝下游水垫深度的不同，塘内水流呈现自由冲击射流、淹没冲击射流和面流三种流型。结合二滩、小湾等工程试验资料，本文给出了不同流态之间转变的实用判别条件。     

溢洪道挑流鼻坎水气二相流数值模拟研究

针对某溢洪道挑流消能存在的问题,采用VOF方法、立方体网格和k-ε紊流模型对溢洪道整体水力特性进行了三维数值模拟,对挑射水流流态、水舌掺气、水垫塘底板压强、下游河道流速等方面进行了分析。将某溢洪道由原高低式挑流鼻坎修改为差动式后,增大了下泄水流入水范围,提高了挑流消能的消能效率,减小了水垫塘底板压强,降低了下游河道水流流速。优化方案数值模拟结果得到了模型试验结果的验证。     

往复流中射流的流态研究

为研究近海水域的排污扩散规律,推导了往复流中射流流团运动轨迹与计算式.对排污工程进行概化,给出了模型的边界条件与数值模拟的工况,利用重组化群紊动能-紊动耗散率紊流模型,对往复流中射流流态进行了模拟,验证了数值模拟结果,研究了射流流速分量等值线分布,采用半经验半理论的方法分析了射流流团涡心运动规律.结果表明,受横流控制,射流z轴方向流速分量w等值线(简称:射流w等值线)在对称面上手形对称,形成两排并行的流团,流团在运动过程中互相掺混,形成Y状外形.在z剖面上射流w等值线形成一对同心圆.得到了流团涡心运动轨迹x与z分量随时间t变化的函数关系式.     

窄缝消能工水力特性的数值模拟与试验研究

本文对高拱坝深孔窄缝消能工的有压洞段及出口的压力、沿程水面线、沿程流速分布、水舌入水角度、水垫塘底板的动水压力分布等水力要素进行了研究,采用基于VOF两相流的标准k-ε双方程紊流数学模型对各水力要素进行了数值模拟,并与模型试验结果进行比较。结果表明:数值模拟结果与模型试验吻合良好,说明利用该数学模型模拟窄缝收缩段、空中射流水舌及水垫塘的水力特性是可行的。利用抛射体理论计算公式得到各种形式下水舌进入水垫塘的运动轨迹、入射角及入射流速,弥补了模型试验中无法测量空中水舌流速分布的不足,可以为工程设计及应用提供一定的参考依据。     

扭曲型挑坎挑流的数值模拟

采用RNGK-ε湍流模型与VOF多相模型对扭曲型挑坎挑流进行水气两相流三维数值模拟,模拟了挑坎里的自由水面与挑流的空中轨迹线,得到计算域的速度、压强、湍动能K与湍动能耗散率ε的分布、内外挑距与水舌宽度,并与物理模型的试验结果进行比较,两者吻合良好,验证了该数值模拟方法的可靠性、合理性。     

平底水垫塘底板块失稳的数值模拟

应用紊动射流理论、瞬变流理论和随机函数模拟方法，建立平底板块失稳的数学模型，用特征线法数值求解得到底板缝中动水压力、流速、板块上举力以及板块失稳水深等。小湾水垫塘板块稳定性试验和溪洛渡反拱水垫塘底板缝隙中动水压强的试验研究表明该模型合理，可预测水垫塘底板块失稳。     

挑流消能预留冲刷坑的数值模拟研究

为探究预留冲刷坑对挑流水舌在下游水垫塘中消杀能量的效果,运用RNG k-ε双方程紊流模型和VOF法对工程实例中的连续式挑流鼻坎进行预留半圆形冲刷坑数值模拟。结果表明:虽然预留的冲坑深度增加了水舌竖直方向的下落距离,水舌入水速度和湍动能略有增加,但同时增大水舌长度。且下游河水的气相体积分数与湍动能耗散率均增加。     

泄水水垫塘内单位水体消能率的研究

本文采用ＡＳＭ紊流数学模型对水垫塘内高速强紊动水流进行了数值模拟，结合实验资料对底板动水荷水荷载进行了验证；同时，统计和分析了水垫塘内的单位水体消能率，结果表明塘内水体消能大量集中的射流轴线附近，近映出水热塘内真正参与消能的水体只塘内水体的少部分；进一步统计分析了水垫塘的总消能量，与常规水力学计算的结果基本吻合，这也反映出采用紊流数学模型研究水垫塘内的水流紊动与消能是切实可行的。     

水垫塘不同水流结构区掺气浓度分布规律试验研究

为了得到水垫塘局部掺气浓度分布规律,减少过流边壁空蚀破坏的发生,采用水力学模型试验的方法,将水垫塘内水体进行水流结构分区,通过改变泄流流量、水流入射角度、水垫深度三个条件,实测水垫塘不同水流结构区掺气浓度值,研究气体在不同水流结构区的运动机理。对试验所测数据进行整理得到水垫塘不同水流结构区掺气浓度分布曲线,且不同的水力条件与其拟合近似为二次曲线关系。通过分析得到水垫塘不同水流结构区掺气浓度分布规律如下:各水流结构区掺气浓度随泄流流量增大而增大;射流与附壁射流区紊动掺混随泄流流量增大而更加剧烈;掺气浓度随水垫深度增大而减小;淹没射流区与旋滚区掺气浓度随水流入射角度增大而减小,附壁射流区掺气浓度随入射角度增大而增大,但变化不明显。     

NUMERICAL STUDY OF HYDRODYNAMICS OF MULTIPLE TANDEM JETS IN CROSS FLOW

The hydrodynamics of a single jet and four tandem jets in a cross flow are simulated by using the Computational Fluid Dynamics (CFD) software Fluent. The realizable model is used to close the Reynolds-Averaged equations. The flow characteristics of the jets, including the jet trajectory, the velocity field and the turbulent kinetic energy are obtained with various jet-to-cross flow velocity ratios in the range of 2.38-17.88. It is shown that a single jet penetrates slightly deeper than the first jet in a jet group at the same , although the difference decreases with the decrease of . It is also found that the way in which the velo-city decays along the centerline of the jet is similar for both a single jet and the first jet in a group, and the speed of the decay increases with the decrease of . The downstream jets in a group are found to behave differently due to the sheltering effect of the first jet in the group. Compared with the first jet, the downstream jets penetrate deeper into the cross flow, and the velocity decays more slowly. The circulation zone between the two upstream jets in the front is stronger than those formed between the downstream jets. The Turbulent Kinetic Energy (TKE) sees a distinct double-peak across the cross-sections close to each nozzle, with low values in the jet core and high values in the shear layers. The double-peak gradually vanishes, as the shear layers of the jet merge further away from the nozzle, where the TKE assumes peaks at the jet centerline.     

底流消能的跌坎型消力池再附长度的试验研究

再附长度是衡量坎后底滚回流区水流特征的一个重要参数,再附长度随水流入射角度、跌坎深度的变化而变化。根据平面紊动射流理论,建立淹没紊动射流的扩散方程,推导出再附长度计算的半经验公式,并结合水力学试验,对公式进行验证。结果表明,通过试验观测所得观测值与通过半经验公式计算所得理论值吻合较好。     

NUMERICAL SIMULATION OF 3-D FLOW FIELD IN ARCIFORM PLUNGE POOL

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｐｌｕｎｇｅｐｏｏｌ,ｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｓｈｏｕｌｄｂｅｕｎｄｅｒｓｔｏｏｄｉｎｄｅｐｔｈ .Ｉｎｆａｃｔ,ｔｈｅｋｎｏｗｌｅｄｇｅｏｎｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｎｐｌｕｎｇｅｐｏｏｌｉｓｔｈｅｂａ     

湍浮力射流形成区内特性的预报

应用作者所提出的数学模型和计算方法,对浮力射流形成区内的特性进行了预报。得出了形成区内中线流速、温度和湍动能的沿程变化,以及射流核的长度和掺入速度。也得出了流速、温度和湍动能在断面上的分布。并分析和讨论了出口条件及环境分层对这些特性的影响。     

COMPUTATIONS FOR PLANE TURBULENT IMPINGING JET IN CROSS FLOW

ＮＯＭＥＮＣＬＡＴＵＲＥａ1ａｎｄａ2　　　　ｃｏｎｓｔａｎｔｓｉｎ(14)ｂｈａｌｆｗｉｄｔｈｗｈｅｒｅｕ=ｕｍ2ｃ1,ｃ2ａｎｄｃμｃｏｎｓｔａｎｔｓｏｆｋεｍｏｄｅｌｓｆ1ａｎｄｆ2ｆｕｎｃｔｉｏｎｓｍａｒｋｉｎ(13)Ｈｔｈｅｄｅｐｔｈｏｆｔｈｅｆｌｕｍｅｆ?..     

横流中有限宽窄缝射流的旋涡结构

本文应用PIV流动显示技术详细测量了有限宽度窄缝射流从底部射入横流的流场结构。在此基础上采用湍流数学模型及相应的混合有限分析方法，得到横流中有限宽窄缝射流的时均及瞬态流场、涡量场，以此来分析流场、涡量场特性，揭示各种具有拟序结构性质的复杂涡系的产生、发展及演化过程。实验观察到射流迎、背流剪切涡层卷起形成类开尔文涡列。本文还探讨了横流绕流分离旋涡的生成机理及其转向。另外，观测到射流喷口上游的马蹄涡系以及射流逆流区下游尾迹区旋涡的层状结构形式。通过拓扑分析的方法，给出了横流中有限宽窄缝射流旋涡近区流场的拓扑性质。     

跌坎型底流消能工的跌坎最小深度研究

跌坎型底流消能工消力池内的水力特性受到跌坎深度的影响。应用平面紊动射流理论,以消力池内允许的最大时均动水压强为控制目标,对于跌坎最小深度的确定方法进行了初步分析,建立了计算跌坎最小深度值的理论公式。通过水力学试验方法,得到消力池底板时均动水压强与跌坎最小深度之间的关系,同时与跌坎最小深度试验值进行了比对,对本文建立的理论公式进行了验证。     

动水环境中有限宽窄缝湍射流的水力特性研究

本文采用粒子图像测速(PIV)系统，在分析了水中粒子跟随性的基础上，对动水环境中多种喷口长度和流速比情况下的有限宽窄缝湍射流近区流场进行测试，并结合数值模拟结果分析讨论了动水环境中有限宽窄缝湍射流的近场三维流动特性。在实验观测的流速比范围内，射流势流核长度随着流速比的增加而增大并逐渐趋近于平面自由湍射流的势流核长度，雷诺数对射流的发展轨迹影响很小，射流发展主要由流速比控制。同时，给出了射流背流面逆流区长度与流速比、喷口形状因子之间的关系。