基于FLUENT的明渠紊流边界层数值模拟

利用FLUENT软件对不同宽深比的光滑壁面明渠紊流边界层进行了数值模拟,主要包括断面主流速、紊动能、壁面切应力及摩阻流速.迭代计算结果表明,FLUENT软件在计算过程中收敛速度快、稳定性好,可以从定性与定量角度真实地反映流场分布状况.     

矩形明渠三维紊流的数值模拟

在明渠三维流动中，紊流产生的二次流起关键作用，它对主流流场分布，壁面应力及污染物的扩散有很大影响，有时还影响床面的稳定，Ｋ－ε紊流模型及类似的双方程模型不能计算这种二次流动。本文将非线性Ｋ－ε紊流模型用于明渠三维紊流的计算，模型用张量形式推出，比代数应力模型更易推广到复杂边界流动，应用这一模型及另两种代数应力模型对矩形明渠流动进行计算，所得结果，尤其是表述紊流特征的量，与实测资料进行了详细比较，并     

复式断面明渠三维紊流的数值模拟

本文采用非线性ｋ－ε紊流模型和Ｎａｏｔ－Ｒｏｄｉ代数应力模型（Ｎ－Ｒ模型）模拟复式断面明渠三维紊流。非线性ｋ－ε模型用张量形式推出，适用于边界形状复杂的流动，而Ｎ－Ｒ模型采用一种补充关系式反映计算点与界面距离对雷诺应力的影响，能较好地反映界面的作用。对一个复式断面明渠实例进行计算，给出了流速场（包括主流、二次流），壁面剪切力和雷诺应力分布，并与实验结果进行详细比较，还研究了浅滩粗糙壁面时的流动，除     

光滑及粗糙壁面明渠湍流流动数值模拟

利用FLUENT软件对光滑及粗糙壁面明渠湍流流动进行数值模拟,分析了断面分区结构及流速分布、湍动强度分布、壁面切应力及摩阻流速。数值离散方法为有限体积法,自由表面的处理采用简单的"刚盖"假定,固壁面处理采用壁面函数法。将数值计算结果与物理模型试验结果作了比较,发现两者吻合得较好,表明FLUENT软件在计算明渠湍流过程中能够得到很好的模拟效果。     

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。     

明渠不恒定分离流数值模拟及试验验证

本文应用平面二维不恒定流数学模型成功地模拟了不恒定分离流的回流。通过与相应的明渠不恒定分离流的试验结果比较,流动图案、回流长度及正反向最大流速均相吻合,从而证明本文所依据的数学模型是正确的。     

基于WMLES方法的复式断面明渠三维紊流数值模拟

针对基于雷诺时均Navier-Stokes方程的数值模型在精确模拟复式断面明渠三维水流结构方面存在困难和传统大涡模拟(LES)方法计算成本相对较高的问题,采用壁面建模的大涡模拟(WMLES)方法建立三维数值模型,对水深比(滩地水深与主槽水深之比)为0.5的复式断面明渠水流结构进行模拟计算。数值模拟计算结果与已有试验测量结果和LES模拟结果的对比表明,WMLES方法能够准确地模拟时均速度、床面切应力、紊动强度、紊动能、雷诺应力分布、二次漩涡结构,该方法在复式断面明渠水流三维模拟中是可靠的;在保证计算精度的前提下,与传统LES方法相比,采用WMLES方法能够显著降低计算成本。     

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.     

基于FLUENT的离心泵内流特性数值模拟研究

离心泵作为高速旋转机械,其内部复杂的流动形态越来越受关注。该文依据某工程数据,基于FLUENT软件建立离心泵三维流体域数值仿真模型,分别对离心泵在0.2Q_d(Q_d为该离心泵设计流量)、0.4Q_d、0.6Q_d、0.8Q_d、1.0Q_d、1.2Q_d6个不同流量工况下的内部流动特性进行模拟计算,并将计算所得流量-扬程和流量-效率曲线与真机试验结果进行对比,计算结果与试验结果最大误差为4.71%,从而证实了数值仿真结果的可靠性。通过对压力和速度分布分析可知：离心泵内部静压和流速随流量增加而降低,叶片前缘存在负压区,易引发汽蚀、振动、噪声等不良结果。相较小流量工况,设计工况下泵内速度分布更加均匀。对泵内流态进行多角度分析,对离心泵的结构优化设计有一定的借鉴意义,可为类似工程提供参考。     

明渠交汇口水流及污染物输移数值计算

针对明渠交汇口流动特性应用深度平均H-L紊流模型和污染物传输方程建立了明渠交汇口水流流动及污染物输移模型；采用有限体积法离散格式及交错网格上的水深-速度校正算法进行了数值计算并应用实测资料对数值模型进行了验证。计算结果与实测资料吻合较好，表明所提出的模型能较好的预测交汇口水流分离区及污染混合区形状及大小。     

平底光面明渠中紊流猝发的特性研究

在保持循环水槽底部平整和表面光滑仅改变流速的条件下进行了系统的实验研究 ,重点研究了雷诺数ReR 对紊流猝发的形态和特性的影响。采用流场综合分析法将流动显示与计算机图像处理相结合 ,与常用的点流速条件检测猝发现象相比有了明显改进 ,有利于加深对明渠紊流猝发的认识。PIV激光片光源频闪技术拍摄的猝发系列照片生动展示了明渠紊流流场的猝发特性 ,可用于直接分析 ;再经过计算机图像处理后可绘制流速矢量场图并进行相关计算分析。试验表明猝发喷射角约为 4 0°～ 6 0°,雷诺数ReR 增大会使喷射角略有增加 ;猝发喷射高度约可达到边界层名义厚度的 1/4～ 1/3高度。雷诺数ReR 增大明显增加了多头群体喷射现象 ,无量纲猝发周期加大 ,喷射尺度和清扫尺度也有增大趋势。对试验的分析表明雷诺数ReR 对明渠中紊流猝发的特性有重要影响 ,增大ReR 使得流态加剧向紊动转变     

水力光滑明渠流流速分布的新公式

采用一个新的湍流黏性模型研究水力光滑明渠流的流速分布,得到的结果与以往在明渠中所测的实验数据吻合较好。基于这个湍流黏性模型,推导出一个新的光滑明渠流外部区域的流速亏损规律,该表达式可以推广到内部区域,并提出一种新的确定内部区域流速分布的近似方法。运用本文给出的公式计算结果与由多普勒激光流速计所测的实验数据吻合良好。在只给出平均流速和水深的情况下,根据本文给出的公式可求得内外区域流速分布。     

含植物明渠流动分区和特征尺度研究进展

植物是生态河流必不可少的要素之一。植物的存在,改变了水流的紊流结构。由于流动沿垂向具有较强的不均匀性,对于含植物明渠紊流统计特性的描述,至今未有公认的、统一的沿水深分布表达形式。因此,对含植物明渠流动分区和各区特征尺度的研究越来越受到重视。本文回顾了无植物明渠和含植物明渠流动分区及特征尺度研究的主要成果,重点对基于流速分布和紊流结构两种方法确定的分区和特征尺度进行了分析和总结。指出将涡结构与流动特性参数分布规律相结合进行流动分区,在各区确定合适的特征尺度,进一步探究分区界限及流动特征尺度的影响因素及具体影响,建立普适的紊流统计特性分布规律是今后含植物明渠紊流结构研究的重要内容和趋势。     

明渠中掺气水流紊流流动规律

本文利用变密度变粘度流体在明渠中紊流流动时的运动微分方程式，研究了明渠中掺气水流紊流流动规律，得出，明渠中的掺气紊流不能在相同条件下增大明渠水流量，即不能实现有效的减阻。文中提出了密度紊动应力、粘度紊动应力、流量增加率等概念。     

明渠流动条件下单圆墩的阻水效应数值模拟

该文利用数值模拟手段探究明渠流动条件下单圆墩阻水效应特征。数值模型基于商用软件Fluent的气、水两相流模块,自由液面的捕捉选取VOF模型。通过分析明渠水流中单墩柱放置前后局部水位差,建立了阻水效应特性与流态因子之间的关系式。定量分析了墩柱阻水效应的空间影响范围及阻水强度,同时通过系列数值实验率定了单圆墩阻水系数经验公式hw* (y*)= Ae?(y*/B)2中的A、B参数,该经验公式由作者通过物理模型实验获得。研究成果可为大尺度河流水动力模拟中桥梁墩柱的概化提供一定参考依据。     

基于NUMECA软件的水轮机内流场数值模拟

在单方程模型的基础上,推导求出双方程湍流模型.并且运用NUMECA公司FINE系列软件采用单流道法,对HLA 616水轮机转轮内部流动特性进行数值模拟.对转轮及叶片上的速度和压力分布进行了分析.减少了计算时间,提高了计算效率.     

明渠沙纹床面湍流结构实验研究

沙纹的形成会显著地影响床面附近的湍流结构。论文通过水槽实验,模拟了天然河流中沙纹的形成,并针对最终形成的稳定沙纹形态,利用声学Doppler测速仪采集了沙纹床面不同位置处的高频流速过程数据,继而对脉动强度、雷诺应力、湍流动能及自相关函数等湍流特征量进行了计算,并分析了沙纹床面湍流结构和特点,为进一步的理论和数值研究提供了有价值的参考数据和依据。     

含植物明渠紊流流速分布无量纲化方法及流动分区

基于流速分布曲线的几何特点,提出一种新的无量纲化方法,结合水槽实验数据的回归分析,对含植物明渠紊流流速分布律及流动分区进行了研究。基于流速梯度变化率的特点,确定两个特征高度,采用特征高度、特征高度位置处的流速、水深、最大流速4个变量定义了新的无量纲流速和高度,对实验得到的流速数据进行无量纲化处理,进一步拟合得到流速分布律。结果表明,提出的无量纲流速在自由水面附近呈对数分布,对数分布律区域以下到床面的区域可用4段函数表示。根据分布律适用的区域明确流动分区边界,发现边界高度与特征高度并不重合,但和混合层的上下边界近似相等。与其他研究的对比表明,提出的无量纲化方法和流速分段函数分布律以及流动分区对速度描述有效,具有较好的适用性。