旋流排螺模型初步试验研究

一些传统的水利血防措施(沉螺池、中层取水等)受多种条件的制约,工程效益难以充分发挥,研究新的水利血防措施势在必行。本研究借鉴旋流排沙的原理,研制了旋流排螺模型,并通过模型试验研究装置内的水流特性及排螺效果。结果表明:流量增大,流速以及紊动强度也随之增大;切向流速的径向分布中,靠近边壁的流速较大;在测流垂线上,切向流速分布中则以表层流速为最大;隔板对水流挤压使得在隔板边缘出现较大的轴向流速;模型内缘的径向流速比外缘径向流速更大。轴向紊动强度的分布为中上层大、底层小。在试验流量下,投入一定数量的钉螺,观测到模型排螺率达100%,表明旋流排螺技术是一种行之有效的排螺工程措施。     

挑流冲坑内水流特性的数值模拟

本文对挑流冲坑形成后的水流特性进行了数值模拟。通过采用局部流线迎风有限元法及k-ε湍流模式,计算了冲坑内水流运动的速度和压力分布,模拟出水流的表面旋滚和自由面位置,为分析下游河床的冲刷提供了必要的水力参数。研究表明,用数值模拟方法探讨挑流冲刷的水流特性是可行的。     

三维水流数值模拟

本文针对三维水流特性，引入通度概念处理不规则计算边界，用ＶＯＦ法追踪自由表面，采用修正的Ｋ－ε模型封闭Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程，分别计算了溢流坝水流及消力池中水跃．计算结果较好地与实验结果符合．     

弯曲复式河道水流特性数值模拟研究

为了解二维、三维模型在弯曲复式河道水流数值模拟中的应用情况,利用物理模型试验数据验证二维模型的计算结果,并对断面水面线进行了分析。可以看出,二维数模不适用于弯道水流的局部模拟,而适用于宏观水流流动的模拟。采用三维模型分析了弯曲复式河道中的二次流现象,结果表明,三维数模对于弯道水流的二次流、垂线流速分布模拟效果比较理想,可以得到弯曲河道水流运动的基本规律。     

挖入式港池水流特性数值模拟

利用三维水流数学模型对挖入式港池内的水流特性进行了数值模拟,对自由水面位置、垂线平均流速的确定及各方程迭代求解时的不同步修正等方法进行了探讨,指出了改进方向及步骤。利用两种流量下港池内表面流场试验资料对建立的数学模型进行了检验,结果表明：计算值与实测值比较一致;计算得到的中层、底层流场分布与理论分析结果比较符合。     

中间渠道内非恒定流数值模拟

利用平面二维非恒定流数值模型，来研究中间渠道内非恒定流问题，该模型基于任意三角形计算网络，采用隐式求解自由表面的剖开算子法，离散求解控制方程，有效地处理了非线性混合算子和计算自由表面的困难，避免人工滤波措施，提高了计算精度和计算稳定性，并在三峡通航工程方寒比较中得到应用。计算结果表明，该模型能较好地反映中间渠道内水充特征，与分析模拟船闸不同运动方式下渠道内水流波动特性，达到优化运行方案，改善渠道内     

高含沙水流二维数值模拟

一定条件下的高含沙水流具有非牛顿体特性，在天然多沙河流中由于地形分布等因素的影响。流动强度差异较大，往往呈现非牛顿体和牛顿体两种不同的流动特性，本文通过引进水流在不同流动状态下的特征，通过数值实验计算对模型进行了初步检验，计算结果与实际观测到的一些现象定性上完全吻合。     

三峡工程引航道通航水流数值模拟应用研究

采用二维非恒定流数学模型,模拟了三峡工程上游和下游引航道在不同布置方案和各种枢纽运行方式下的引航道内非恒定水流.研究了坐标变换、网格划分、数值离散、动水边界及干床处理、计算成果可视化等关键技术,提出了处理方法.计算表明该数学模型稳定性好、收敛快、精度高;计算成果与模型试验成果较为吻合.     

淹没紊动射流三维流场特性的数值模拟

采用RNGk-ε紊流模型对有限空间的单孔、双孔紊动射流的流场进行了三维数值模拟研究。研究结果表明:无论入流条件如何变化,经无量纲处理后的轴线流速分布曲线几乎都落在同一条无量纲速度分布曲线上,说明流动存在相似性。双孔射流时,流场存在分区结构,在不同的喷嘴间距下,射流的卷吸程度不同,S/D越大,射流之间的卷吸掺混作用越弱。     

水平进水口自由表面旋涡数值模拟研究

旋涡运动是一种复杂的水流运动,目前尚难得出理论上的精确解。自由表面旋涡是水工建筑物进水口前的常见水力学现象,其发生常会对水工建筑物造成不利影响。旋涡数值模拟难度较大,尤其是吸气旋涡较难模拟出。建立了进水口旋涡三维数值模拟的模型,模拟出吸气旋涡现象。分析了计算结果与物理模型试验结果的差异,探讨了VOF法在水气两项流中的运用,为进一步进行吸气旋涡的三维数值模拟提供了一定经验。     

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。     

带消力池的交汇泄洪洞水力特性数值模拟

为探究支洞设置消力池时主、支洞交汇区域水力特性,采用RNG k-ε紊流模型结合VOF方法对某工程交汇泄洪洞水流进行了三维数值模拟.结果表明,交汇区域主洞右边墙处水深先增加后减小,左边墙处先减小后增加,下泄较长距离后横向水位趋于一致;交汇口侧下游附近最大负压随交汇角增大而增大;交汇角减小时,分离区最低水位位置向主洞下游移...     

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。     

旋流式竖井溢洪道的过流能力及蜗室与锥形渐缩段的水力特性研究

本文对旋流式竖井溢洪道进行了实验研究和理论分析,给出了流量系数、蜗室与锥形渐缩管中的空腔形状、能量损失和其它水力参数的实验结果及近似计算方法。     

岗南水库水动力特性数值模拟研究

岗南水库由于受到自然和人为因素的干扰,水质环境逐渐恶化。水库水质与水动力特性有着紧密的联系,因此了解水库的水动力特性具有重要的意义。应用EFDC建立了岗南水库三维水动力数值模型,并对其全年的水动力特性进行了模拟。通过分析其流速变化规律了解了岗南水库的水动力特性,为水质的改善治理提供了科学参考。     

水轮机内部湍流计算方法研究

概述了水轮机内部流动计算近几十年的发展历史与研究现状,介绍了水轮机内部三维流动计算的控制方程及其解法以及常用商业软件,总结了湍流的数值计算方法,重点讨论了湍流模型理论,并指出水轮机内部湍流计算正朝着全三维、小尺度、瞬时化处理发展。     

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。