界面追踪的Level Set和Particle Level Set方法

Level Set方法是20世纪90年代很流行的界面追踪技术，国外已有个别实例将此方法应用于不可压缩流体的计算。但其对界面具有抹圆的作用．造成梯度很大的界面失真。Particle Level Set方法可以弥补这一缺陷。本文首先介绍了这两种界面追踪的方法。然后采用五阶WENO格式离散空间导数，并采用三阶TVD-Runge-Kutta方法离散时间导数，用计算机Fortran语言建立了界面追踪的模型。最后通过平移流场中的同心方框、旋转流场中的缺口圆和剪切流场中圆的三维界面的追踪算例，对两种方法进行了对比验证。同时．用剪切流场中圆的算例对比了Particle Level Set和单纯拉哥朗日方法。结果表明，Particle Level Set对界面的描述更为精细．可以用于大梯度的界面追踪；Particle Level Set和单纯拉哥朗日方法的结果很接近。     

矩形水槽中梯形边墩周围流速分布的试验研究

该文利用声学多普勒流速仪ADV,对矩形水槽中梯形边墩周围三维流速进行测量,并对时均流速三个方向分量进行了研究.通过对柱体周围不同垂直面和水平面流速的分析,得出水流由于受到边墩的影响,在柱体上游,行近水流与壁面产生分离,并有涡旋产生.在柱体下游,纵向水流逆向运动,产生回流,横向流速和垂向流速非常小,可以忽略.     

矩形槽中矩形边墩周围流速分布试验研究

利用声学多普勒流速仪,对矩形断面明渠中矩形边墩周围三维流速进行测量,并对时均流速3个方向分量进行了研究.通过对边墩周围不同垂直及水平面流速的分析表明:受柱体的影响,柱体上游行进水流与壁面产生分离,并有涡旋产生;柱体下游纵向水流逆向运动,产生回流,横向流速和垂向流速非常小,可以忽略不计.     

浓度及温度场问题三维数值模拟及应用

研究温度和污染物的扩散规律,对于健康河流具有十分重要的意义。在排水口附近,温度和污染物的扩散具有很强的三维性。在已开发的三维紊流水动力模型基础上,研制了浓度及温度场三维数学模型。在模型中,空度用来处理不规则边界,VOF用来处理自由面。另外,模型还采用了k-ε紊流模型和壁面函数。利用建立的模型,对水槽和天然的排水口附近的水位、流场、紊动能及其扩散率、温度场和浓度场的分布规律等进行了模拟和研究。通过研究进一步认识了排水口局部三维水流运动规律,浓度和温度扩散规律及分布。     

复式断面明渠水流三维数值模拟

复式断面渠道水流流场结构比较复杂,本文用耦合式求解器对复式断面明渠水流的三维流场进行了模拟.采用交错网格,界面上的动量差值采用Roe格式,紊流数学模型选用雷诺应力模型.将计算结果与实验结果进行比较,两者的吻合度较好,从而验证了数学模型的可靠性,最后又对复式断面明渠横剖面上水流运动特性进行了分析.     

基于Flow-3D的圆柱形桥墩局部冲刷大涡模拟

为预测圆柱形桥墩周围的局部冲刷坑形态和最大冲坑深度,基于Flow-3D软件的水动力学模块和泥沙输运模块对桥墩附近局部冲刷进行了三维数值模拟。以Melville冲刷试验为原型,采用LES大涡模拟方法,模拟了桥墩附近湍流流场。以床面瞬时切应力作为泥沙起动、输移条件,采用Van Rijn输沙率公式计算床面冲淤。采用FAVOR技术追踪河床形态变化,得到了桥墩附近局部冲刷形态。经实测资料验证,计算结果与模型实测的冲坑形态及最大冲坑深度基本吻合。     

河道拦沙坝对水流影响的数值模拟研究

河道拦沙坝附近的水流流态复杂,且行洪期受泥沙影响较大.河道拦沙坝对水流的影响可以通过三维水流数值计算进行分析.以某水道的拦沙坝的数学模型为计算实例,通过数值模拟出了该区域的三维流场分布,分析了拦沙坝对河道水流的流速和流场的影响特性.计算结果表明,拦沙坝对河道流场影响较大,最明显的区域为拦沙坝密集区附近,并且形成较大的涡流,对拦沙作用具有双重影响特性.     

环状气泡动力学数值模型

本文假设气泡运动过程中流场是无旋、不可压缩的理想流体,运用势流理论导出气泡边界面运动的控制方程,建立气泡动力学模型,用边界积分法求解得到气泡等边界的变形及位置.在环状气泡阶段,本文在前人研究成果的基础上分别建立了轴对称涡面模型、轴对称涡环模型以及三维涡环气泡模型.对比不同模型的优缺点及其适用范围,总结了环状气泡模型建立的详细步骤及其必须注意的关键技术,并开发了相应的程序.运用不同模型模拟重力场中气泡的运动,并进行讨论.最后计算了流场中滞后流的速度以及压力随时间的变化,得到一些有规律性的曲线,旨在为相关环状气泡动态特性研究提供参考.     

溢流丁坝附近自由水面的实验研究与数值模拟

在整治河道中，丁坝的存在使得丁坝附近自由水面及流场的三维特性非常突出，对这种三维特性非常突出的自由水面和流场的模拟在计算流体力学的应用中一直是个难点。作者对溢流丁坝附近的自由水面进行了实验研究，应用VOF方法和标准的k～ε模型耦合求解对丁坝附近自由水面的模拟，模拟结果与实测值吻合较好，说明VOF方法可以在丁坝附近自由水面的计算中应用推广。同时，还对溢流丁坝附近的流场进行了预测。     

弯道河段水流流态试验研究

研究采用声学多普勒流速仪对弯道河段水流特性进行了系统的试验研究,全面地分析了水流的三维时均流速及流场等.水流进入弯道后,水面形态和水流结构沿流程逐渐发生调整和变化,形成弯道特有的水流运动规律,具体表现在水面横比降、横向环流、流速重分布及紊动强度等.该研究可为相关的理论研究和工程实践提供借鉴和理论依据.