三维宽顶堰紊流场数值模拟及分析

本文利用三雏标准k-ε紊流数学模型,选择VOF方法追踪自由表面,采用气液两相流计算模型对宽顶堰流场进行了数值模拟,计算结果与试验数据较为吻合.模拟结果表明,数值模拟能够广泛应用于数值模拟带有复杂自由表面的泄水建筑物紊流场.     

三维宽顶堰紊流场数值模拟与分析

本文利用三维标准k-ε紊流数学模型,选择VOF方法追踪自由表面,采用气液两相流计算模型对宽项堰流场进行了数值模拟,计算结果与试验数据较为吻合.模拟结果表明,数值模拟能够广泛应用于数值模拟带有复杂自由表面的泄水建筑物紊流场.     

FLUENT软件在泄洪洞体型优化中的应用

结合某水力发电工程泄洪洞,利用FLUENT软件对其内流场按4种网格间距进行了网格划分、流场数值模拟,通过数值模拟的流量成果分析确定了网格无关解的最优网格间距,指出网格无关解是计算成果可用的前提;另外,数值计算的压力值与试验值符合较好,证明了如果网格划分合理,则FLUENT软件在计算流场压力方面具有很高的精度,基本可以满足工程需要;特别在多方案的修改优化中,FLUENT计算较试验具有省时、省力且成果规律性强等优点,可作为水工模型试验的辅助手段。     

曲面X型宽尾墩闸室内水力特性模拟研究

为了高精度模拟水流通过水工建筑物时的流场特性,采用CLSVOF法并引入RNGκ～ε紊流模型的新型数值模拟方法,对某水电站曲面X型宽尾墩泄流时的水力特性进行了三维数值模拟研究,获得了宽尾墩闸室内水流流态、水面线、流速、压力等水力参数.数值模拟结果与物理模型试验结果吻合良好,验证了CLS-VOF数值模拟方法的可靠性.     

双层悬栅消力池的水力特性数值模拟

针对物理模型试验难以得到详细的流速、压强等水力参数数据问题,利用流体力学软件FLUENT建立RNG k-ε双方程紊流模型进行数值模拟,得到消力池内最大水深、流态、流速以及压强等水力参数,通过数学模型计算值与物理模型试验值对比分析以及数值模拟计算值之间对比分析,结果表明:数学模型计算值与物理模型试验值吻合较好,且布置双层悬栅时,计算值与试验值误差较小;双层悬栅使水流产生漩涡的能力较强,从而使水流对护坦冲击较小,护坦处涌浪降低,对压强变化影响较大,说明双层悬栅具有更好的消波稳流作用。     

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。     

分汊河段流场的数值模拟与实验检验

本文采用ｋ－ε双方程对时均流三维控制方程组沿深度积分，建立了深度平均紊流数学模型，用以模拟分汉河段紊流流场．对模型的数值求解采用有限容积法和ＳＩＭＰＬＥ程式．对分汊河段不规则边界的处理，提出了区域坐标系统法，这一方法精度较高、计算时间省．应用上述数学模型和数值方法，对仅在主渠道一侧有汊道分出的不对称分汊问题进行了计算，并用实验资料验证表明，计算值与实测值符合良好．在此基础上．对平面不对称分汊问题进行数值模拟，得出了计算区域的流速分布，计算结果较为准确地揭示了流场的内部特征．     

阿拉沟水库溢洪道流场数值模拟

通过数值模拟对阿拉沟水库溢洪道流场在两种工况下进行三维流场数值模拟,采用RNG k~ε模型模拟溢洪道流场湍流,并利用流体体积分数法(VOF)追踪自由水面,将得出两种工况下的溢洪道断面压强、自由水面高程、断面流态等计算结果,并与物理模型结果进行对比。结果表明数学模型计算能够准确地反映不同边界条件下溢洪道水流流态及各个参数,并且通过数值计算可以获得溢洪道在任何运行工况下任意位置的流场结构。其数值计算结果可以为阿拉沟水库溢洪道优化设计提供较可靠的理论依据和参考。更多还原     

察汗乌苏溢洪道流场二维和三维数值模拟对比

为了选择较为理想的研究溢洪道水流特性的数学模型,结合察汗乌苏水电站工程实例,利用数学模拟对其溢洪道流场的水流特性分别进行了二维和三维模拟,分析其可行性和存在的问题。采用标准的k~ε紊流模型描述水流流动、VOF模型跟踪水流自由表面,得到水深、流速和压力等一系列水力要素计算值,并将他与物理模型试验数据对比验证,结果基本吻合。分析研究表明:二维模拟完全满足溢洪道挑流鼻坎段前的水力特性研究需求,如若重点关注挑流鼻坎段水力要素特性,则建议使用三维数值模拟。     

桐子林水电站明渠弯道流场三维数值模拟

采用κ～ε紊流模型结合自由面追踪的VOF方法对桐子林水电站明渠弯道消力池流场进行了三维数值模拟,并与物理模型试验值进行了比较,结果表明,计算值与试验值吻合良好.数值模拟获得了物理模型试验难以测量的流场详细信息,尤其是横向紊动特性及其发展演变的过程,结果令人满意.计算结果为导流明渠体型优化提供了重要参考,表明数值模拟应用于导流建筑物的体型优化研究中具有独特优势.     

复合土工膜缺陷渗漏试验的饱和－非饱和渗流有限元模拟研究

介绍了复合土工膜缺陷渗漏量室内物理模型试验以及缺陷渗漏量的经验拟合公式等成果。应用非稳定饱和－非饱和渗流理论和Galerkin有限元法，建立了该试验的三维有限元数值计算模型，对试验工况进行数值模拟。根据物理模型试验试样的轴对称性，选取中心角10度的试样建立精细三维有限元模型，详细模拟了室内试验条件下不同压力水头作用的渗漏在砂土试样中不断发展的过程，并计算了稳定渗漏量。分析比较了数值模型计算成果与物理模型试验结果，两者变化规律一致。可见提出的数值模拟方法可以较好地模拟复合土工膜缺陷渗流场，计算缺陷渗漏量。     

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。     

虹吸式出水流道水力性能数值计算湍流模型适用性

为寻求适用于大型低扬程泵站虹吸式出水流道水力性能数值计算的湍流模型,首先采用透明流道模型对某低扬程泵站虹吸式出水流道进行了试验研究,测试了流道水头损失并分析了流道内流态; 在网格无关性分析的基础上,选择常用的一方程湍流模型(S-A湍流模型)、二方程湍流模型(k-ε湍流模型、k-ω湍流模型)及Reynolds Stress湍流模型分别对该虹吸式出水流道水力性能进行了三维湍流流动数值计算,并将计算结果与模型试验结果进行比较。结果表明:与一方程湍流模型和Reynolds Stress湍流模型相比,二方程湍流模型在虹吸式出水流道水头损失的计算中更具优越性,采用Standard k-ε,Realizable k-ε和SST k-ω等3种二方程湍流模型计算得到的流道水头损失相对误差小于3%,其中,Standard k-ε湍流模型计算得到的流场与模型试验结果最吻合。     

试验场地下水流的数值模拟

为研究某市建的试验场是否对周边地下水量造成影响,采用伽辽金有限单元法,建立试验场浅层地下水水流模型,使用Fortran语言对所建立模型进行编程,并对试验场地下水进行了数值模拟.本次计算共分为十二个阶段,每个阶段的时间步长为30 d.计算结果表明:在模型的识别阶段和验证阶段,所有观测孔水头的计算值与观测值,在各时段拟合相对误差率分别为66.28％和88.53％,所建模型基本可用于试验场地下水水流计算.周边地下水水位增加94.08 mm,试验工程建成后会对周边地区造成影响.     

特征线法在溪洛渡泄洪洞挑流鼻坎设计中的应用研究

主要介绍了特征线法在溪洛渡泄洪洞挑流鼻坎设计中的应用情况，采用特征线法建立了异形扭曲底面条件下的泄洪洞挑坎水流流场计算数学模型并编制了可视化计算程序，由计算结果可以得到挑坎上水流的自由表面形态、断面水深和沿垂线平均的流速分布，该模型计算结果得到了物理模型试验的验证，二者结果基本一致，从布表明该计算模型的可靠性，采用该计算模型能够直观、快速地进行挑坎体型的方案比较。     

陡坡渠道急流冲击波

通过理论分析研究了底坡对急流冲击波的影响，并进行了相应的模型试验研究。在陡坡渠道上，波阵面不再是直线，冲击波的角度和深度之比不是常数，而是沿波阵面缓慢变化。文中提出一种近似方法计算急流冲击波的角度和深度之比；引进一个动水压强修正系数来概括垂直冲击波波阵面方向的动量方程；由于底坡的影响，沿着激震前沿来流的佛劳德数增大，因此在每一部分都提出了确定佛劳德数的方法。计算结果与试验结果吻合良好。     

立轴漩涡多圈螺旋流速度分布的研究

本文引入分离变量法，研究了立轴旋涡的速度随径向、轴向的变化规律，并给出切向、径向和轴向速度的表达式。对立轴旋涡的多圈螺旋流现象，通过试验测量和速度分布计算两种方法进行了描述，二者定性一致。结果表明，立轴旋涡流场的切向速度占优，在流体质点从水面向下运动的过程中，围绕涡轴旋转十余圈，在进水口附近转为轴向流动。旋涡水面线的计算结果与实测值吻合较好。     

低水头大流量溢流坝系统水激振动研究

本文以飞来峡溢流坝系统（包括闸墩、胸墙、导墙结构）泄洪振动问题为背景，采用水力学和结构动力学相似条件同时满足的“二合一”模型－重橡胶水弹性模型，较现代的方法进行模态和过水激振测试和分析，并与计算机数值计算结果进行了对比研究。本研究不权对解决大功率、低弗氏数、高淹没度的泄水结构系统水流诱发振动问题具有现实意义，同时对于高速水流诱发各种水工结构的振动研究也提供了一个较完善的方法。     

Application of CLEAR-VOF method to wave and flow simulations

A two-dimensional numerical model based on the Navier-Stokes equations and computational Lagrangian-Eulerian advection remap-volume of fluid (CLEAR-VOF) method was developed to simulate wave and flow problems. The Navier-Stokes equations were discretized with a three-step finite element method that has a third-order accuracy. In the CLEAR-VOF method, the VOF function F was calculated in the Lagrangian manner and allowed the complicated free surface to be accurately captured. The propagation of regular waves and solitary waves over a flat bottom, and shoaling and breaking of solitary waves on two different slopes were simulated with this model, and the numerical results agreed with experimental data and theoretical solutions. A benchmark test of dam-collapse flow was also simulated with an unstructured mesh, and the capability of the present model for wave and flow simulations with unstructured meshes, was verified. The results show that the model is effective for numerical simulation of wave and flow problems with both structured and unstructured meshes.     

基于功率流理论的大型水电站厂房结构脉动压力频响分析

以某大型水电站厂房为研究对象，采用模型水轮机流道实测脉动压力数据，对厂房整体结构进行有限元仿真频响分析，基于功率流理论、功率流有限元方法及APDL语言编程实现厂房风罩、楼板、立柱及廊道结构功率流的计算。计算结果表明：蜗壳脉动能量的传导以剪切波效应为主，以竖向和顺河向的动力响应为表现方式；机墩及风罩结构是功率流传导的主要路径，其结构形式简单，耗能效果不显著；厚墙、厚板结构能较好吸收传导的能量，限制厂房上部结构动力响应幅值。本文研究成果可为厂房低频脉动压力传导测试及分析提供理论依据及参考。