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。     

基于FLUENT的小尺度粗糙明渠紊流数值模拟

采用计算流体动力学软件FLUENT 对一小尺度粗糙明渠紊流进行数值模拟研究,得到了不同水深的垂向流速分布、壁面切应力以及摩阻流速值,并将数值计算结果与物理模型实验结果作了比较,发现两者符合得较好,从而验证了FLUENT 用于计算小尺度粗糙明渠紊流的有效性.由于计算机性能的限制,无法得到粘性底层和过渡层的"真实"流速分布,有待今后进一步研究.     

多出水口蓄水池的三维数值模拟

本文运用FLUENT软件对不规则蓄水池在3种不同流量下的水流流场进行了数值模拟,得出不同流量下流场中不同点沿水深方向的流速分布,并将数值计算结果与物理模型实验结果进行比较,发现两者比较吻合.表明:FLUENT软件模拟不规则蓄水池水流流场是基本可行的.     

波状床面消力池的流速分布和壁面阻力系数

根据S.A.Ead和N.Rajaratnam(2002)对波状床面消力池流速、边界层厚度和壁面阻力的试验成果,通过对试验资料的分析,研究波状床面消力池断面流速分布和最大流速沿程变化的规律;根据边界层理论,研究波状床面消力池边界层的发展和壁面阻力系数的变化规律。研究表明:波状床面消力池的断面流速分布具有相似性和分区性,断面流速具有同一分布规律,各断面以最大流速为界,将其分为边界层区域和混合区域,在边界层区,流速沿垂线不断增大,在混合区,垂线流速不断减小;消力池的最大流速沿程逐渐衰减;波状床面消力池的边界层厚度远大于光滑壁面的边界层厚度;壁面阻力系数大于光滑壁面的阻力系数。提出了断面流速和沿程最大流速的计算公式和波状床面消力池边界层厚度和壁面阻力系数的计算方法。对所提出的公式与S.A.Ead和N.Rajaratnam(2002)的试验成果进行了对比分析,验证了计算方法的正确性。     

多出水口蓄水池的三维数值模拟

本文运用FLUENT软件对不规则蓄水池在3种不同流量下的水流流场进行了数值模拟,得出 不同流量下流场中不同点沿水深方向的流速分布,并将数值计算结果与物理模型实验结果进行比较, 发现两者比较吻合。表明:FLUENT软件模拟不规则蓄水池水流流场是基本可行的。     

溃坝水流模拟方法的对比分析

采用FLUENT软件与光滑粒子流体动力学法(SPH)分别对溃坝水流进行数值模拟,对比分析溃坝水流的流动形态、流速及水位变化.结果表明,两者较为一致地反映了溃坝水流的流动过程及流体的速度场,其中SPH方法能精确地捕捉自由液面,所得自由水面附近结果更为准确;FLUENT所计算的流速、水位等数据更加精确,能很好地体现水流的表面张力.分析两种方法各自的优缺点和适用性,使其在面对复杂的工程实际问题时发挥更大的作用,促进溃坝洪水数学模型的应用与发展.     

模袋混凝土渠道糙率影响因素数值模拟研究

以模袋混凝土衬砌渠道为研究对象,使用FLUENT数值模拟软件对测流渠道建立二维模型,加载速度、压力和壁面粗糙度等边界条件,模拟渠道的流场,得出同一流量时不同水深的断面流速分布图。研究流量、流速与糙率的关系,以期在实际工作中为正确选择糙率系数提供依据。结果表明:对于模袋混凝土衬砌渠道,流速和流量是糙率的影响因素,通过数据相关性分析,糙率与流速、流量成负相关关系;沿渠底向水面的方向,流速逐渐增大,但是最大流速发生在水面以下,并且横向水流从渠道边壁向中央流动,导致较大流速集中在中间区域。     

氧化沟流场的三维数值模拟

利用FLUENT软件对氧化沟流场进行三维数值模拟时,采用滑移壁面模型定义转盘的转动和Reynolds应力模型模拟湍流变化,并利用充足的氧化沟流场三维实测数据进行验证。数学模型能精确的模拟出氧化沟直道段各断面的流速分布及流场的沿程变化情况,能有效地模拟出弯道流场的三维特性以及断面环流的形成和发展。模拟结果和实测数据吻合情况良好。     

混凝土三通管流速及压强分布特性模拟研究

为研究混凝土三通管内水流流速及压强的特性,针对实际工程中常见的混凝土三通管,运用CFD计算方法及流体动力学软件FLUENT进行数值模拟,采用Navier-Stokes方程和连续性方程求解,分析内部流速及压强的变化特征,得出最优结构形式,为实际工程施工及设计提供技术支撑。     

压力场桥梁挠度监测新方法的流体动力学分析

桥梁结构安全监测已经成为日益关注的问题.本文对作者最新研发、应用在桥梁结构安全监测中的新型压力场挠度监测系统的性能进行流体动力学分析,应用大型流体专用有限元计算软件FLUENT计算连通管在模拟实际桥梁挠度产生的情形下,计算得到的各个监测点的压强值与其挠度的相关性.经分析发现,该系统利用压强变化是可以很精确地监测到挠度变化的,并且监测发生的比较慢、幅度比较小的挠度时精度更高,实际工程中使用的镀锌钢管的壁面粗糙度也不会影响管内流动及系统精度.     

明流泄洪洞水力特性的二维数值模拟与试验研究

为了使明流泄洪洞满足设计泄流量和校核泄流量要求,对其结构进行了优化设计,并根据垣曲县境内板涧河河口右岸的小浪底引黄工程泄洪洞实际工程,建立了明流泄洪洞泄流数学模型。计算中引入FLUENT软件中的VOF(Volume of Fluid)模型和Mixture模型进行数值计算,得到了设计和校核水位条件下泄洪洞泄流能力、水深沿程分布、水流空化数以及断面流速和压强及挑距,并将部分计算结果与模型试验结果进行比较分析,结果表明两者吻合较好。因此采用FLUENT软件研究明流龙抬头泄洪洞的水力特性是可行的,为该项软件应用于实际工程提供了理论依据。     

考虑壁面阻力水跃共轭水深的计算方法

根据前人对附壁射流区流速分布和壁面切应力的研究成果,通过边界层的动量积分方程研究水跃区的边界层发展和壁面阻力系数的计算方法,通过动量方程研究考虑壁面阻力时的水跃共轭水深的计算方法。研究表明:水跃区的边界层厚度沿程增加;壁面阻力系数是水跃旋滚长度、跃前断面水深和弗劳德数以及水流运动黏滞系数的函数;水跃共轭水深比是跃前断面弗劳德数和壁面阻力系数的函数。提出了水跃区水流边界层发展、水跃旋滚长度和壁面阻力系数的计算公式,并将壁面阻力系数用于计算水跃的共轭水深。通过F.G.Carollo和W.C.Hughes的试验资料对公式进行验证,证明提出的公式形式合理、考虑参数全面、计算简单、具有足够的精度。     

大型双吸离心泵内流场的数值模拟与性能预估

针对高扬程大流量的大型双吸离心泵的汽蚀问题进行了数值模拟。依据k-ε紊流模型加壁面函数法对叶轮内的三维紊流流动进行数值计算与分析,采用雷诺时均Navier-Stokes方程进行模拟并通过压力耦合方程组的半隐式方法进行求解。利用FLUENT软件模拟得到叶片流速分布、压力分布及全流道流线分布图,分析出离心泵叶轮通道内的流动规律,并将模拟结果与试验值进行对比,可知在设计工况点时相对误差最小,扬程相对误差为1.75%,效率相对误差为2.27%。结果表明:利用计算流体动力学进行三维紊流数值模拟可以反映大型双吸离心水泵内部真实流动,效率的变化趋势符合离心泵工作特性的一般规律,模拟结果与试验结果一致。     

交叉输水管道流场的数值模拟

正确计算出管道交汇处流场的分布情况,对于设计合适的入口管道直径具有重要意义.以工程中常见的交叉管为例,应用计算流体力学(CFD)技术,研究管中的流体状态参数.使用目前通用的专业CFD数值计算软件FLUENT对管道内流体进行二维数值模拟,分别对算例采用一阶离散化方法、RNG湍流模型进行模拟,并对模拟的计算结果进行比较分析.结果表明,侧管管径、偏角的变化会导致流场,压力场的变化,还会导致回流现象的产生和管道出口流速的变化.     

用FLUENT模拟不同排列下的双柱绕流流场

采用流体软件FLUENT从改变两圆柱中心连线与流向夹角的角度出发,模拟雷诺教为200、夹角为90°(并列)、30°、45°、60°、0°(串列)时的绕流流场.双柱串、并列旋涡分布规律与已有研究成果一致,串列双柱中心线流速与试验结後果基本吻合,通过模拟进一步分析了夹角变化对流场的影响,FLUENT模拟较为成功.     

无压输水隧洞数值模拟研究

隧洞在水利工程中被广泛应用,本文以黄泥滩灌区供水工程引水隧洞为例,采用计算流体动力学软件FLUENT对无压隧洞进行二维数值模拟研究,选择VOF方法来模拟自由水面,与RNGK-ε模型耦合建立无压隧洞洞内的水气二相流数学模型。通过计算得出了同一流量、不同库水位、不同闸门开度的流速场及水面线,并模拟出了隧洞内闸室及消力池之间的最大流速及流态,对其进行了分析,可为水工设计提供技术支撑。     

泄洪洞反弧连接段水流特性的三维数值分析

利用商用软件FLUENT,对具有自由表面的泄洪洞反弧连接段水流进行了三维数值模拟.采用湍流模型描述水流的湍流流动,自由表面采用VOF方法处理.详细研究了反弧段速度、压力、壁面剪应力的变化规律及水流的空化特性,分析了不同反弧半径和反弧圆心角对反弧段及其下游水力特性的影响,研究结果对体型优化有指导作用.     

溢流反弧段壁面势流流速计算方法的探讨

笔者在已有研究成果的基础上，考虑了溢流反弧段凹曲率的影响，应用急变流动断面平均概念，建立了求解溢流反派段壁面势流流速μpw的计算公式，经与已有的计算方法比较，其求得的u。值最大相差不超过1cm／s，壁面势流流速沿程增大的规律也是完全正确的，说明所推导的溢流反派段壁面劳流流速计算公式是正确可靠的．     

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。     

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。