床面上短圆柱体局部冲刷三维数值模拟

床面上短柱体局部冲刷的机理复杂,运用三维有限体积法,对其局部冲刷情况进行了模拟.采用k-ε紊流数值模型,计算柱体周围的紊动流场,利用经验公式计算该时刻的推移质输沙率,运用动网格技术,处理床面地形随时间的变化.推移质计算充分考虑了床面坡度和流向对推移质输沙率和临界起动剪切力的综合影响.改进沙滑模型,修正当生成的剖面坡度超过泥沙休止角时造成模拟的失真,同时克服数值计算的不稳定性.计算结果和水槽试验资料对比分析,二者符合较好.该模型可以用于海底结构物如桥墩、管道、丁坝等的局部冲刷的数值模拟计算.     

冲积河床水工建筑物设计时局部冲刷的预测

根据水流扩散和质点运动理论，水工建筑物的局部冲刷可用新的方法预测。这种方法可适应各种几何和水流条件，冲刷预测的结果比以前凭经验确定的好。     

河床式电站大坝泄洪流场的三维数值模拟

 在1∶100水工模型试验的基础上,应用k-ε流数值模型,采用VOF方法,对低水头大流量河床式电站大坝泄洪流场进行了三维数值模拟。将计算得出的各工况下泄洪闸闸室及下游流场的流态,水面线,闸室内流速、压力分布等水力特性值与试验数据对比,发现计算值与试验值基本吻合。说明所选择的紊流数学模型,建立基本控制方程以及求解数学模型的离散方法是比较可靠的,可以为工程设计提供参考。     

输水渠道中桥墩受水流冲刷的数值模拟研究

以恰木萨水电站工程为研究对象,通过目前模拟水气两相流较成熟的数值模拟方法进行分析,即采用标准k-ε计算模型进行求解,结合水气两相流VOF法,对水电站引水渠道及桥墩的三维水气两相流进行了数值模拟,探究渠道水流通过桥墩时发生的水流流态的变化,通过渠道压力场的变化,得出了桥墩受水流冲击力,为复核桥墩强度提供了理论依据,进行桥墩强度验算过程中直接采用此文成果。     

沉沙池流场特性及泥沙运动数值模拟

沉沙池在水利水电工程中是一种十分必要的水工建筑物,在处理泥沙中发挥了重要的作用,为后续下级设备正常运行提供了可靠保障。采用标准k-ε模型,建立石门坎水电站现状、优化后的沉沙池模型,模拟了沉沙池内的三维流场,并运用离散相DPM模型模拟了泥沙运动,得到了更加精细的沉沙池内水流形态、流速场分布及池内泥沙运动轨迹和沉降效果。     

自由流场二维圆柱阻力系数数值模拟

利用FLUENT软件模拟了自由流场中二维圆柱在不同雷诺数条件下所产生的阻力系数。当雷诺数小于100时,采用层流模型进行模拟;当雷诺数介于200和100 000之间时,利用剪应力传递SSTk-ω模型来研究流速场随时间的变化。经比较k-ε模型和SSTk-ω模型的计算结果表明:阻力系数计算值和实验值吻合良好,当雷诺数大于100时,SSTk-ε模型可以比k-ε模型更好地预测阻力系数;但当雷诺数超过5 000时,k-ε模型不再适用。     

双丁坝间流场及局部冲刷的数值模拟研究

因双丁坝对河道流场及泥沙冲淤的影响有别于单丁坝,选取实际河道丁坝群中的双丁坝建立三维模型,并拟定5种对比方案,基于计算流体力学(CFD)数值模拟的方法,采用RNG k-ε模型和VOF法捕捉液体自由面进行模拟计算,对比分析了双丁坝协同工作时的水沙运动特性。流速与冲刷深度计算结果表明,当双丁坝长度相差大于10m时,易形成不均匀的河道流场,不利于河势控制;当首、次丁坝长度协调时,冲刷坑尺寸较小,坝间河岸被双丁坝回流区掩护,近岸流速较小,河道流场均匀,对丁坝稳定、河道治理与河势控制效果较好。     

非均质河床双排桥墩局部冲刷数值模拟研究

精确模拟山区河流非均匀沙质河床桥墩的局部冲刷对桥梁设计和安全运行具有重要的意义。以黑石渡大桥河床床沙特征为背景,采用Flow3D软件开展非均匀沙质河床上双排圆柱形桥墩冲刷三维数值模拟研究。为考虑河床非均匀泥沙的悬移质运动、泥沙挟带、推移质输运等过程,在数值模拟过程中,根据非均匀沙质河床的颗粒分布曲线,对所筛取的各个级配范围内的颗粒采用其对应的中值粒径来表征。模拟得到了双柱排桥墩局部流场结构、河床的冲淤变化和上下游桥墩周围冲刷坑形态。研究表明:受桥墩阻水作用影响,墩前壅水、墩后跌水现象明显。墩周冲刷坑基本贯通整个墩周区域,受上游墩保护作用影响,下游墩冲刷坑的发育深度和规模小于上游墩。将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析,二者吻合较好。研究成果可为深入开展非均匀沙质河床桥墩局部冲刷研究提供参考。     

阶梯溢洪道水力特性及下游冲刷三维数值模拟

基于VOF法的RNG k-ε双方程紊流数学模型,对阶梯溢洪道水流压强特性及下游局部冲刷坑的形态和发展进行了三维数值模拟.结果 表明:数值模拟结果与试验值吻合良好;台阶面流速沿着台阶凸角的连线形成一个伪底,流速与坡面近似平行,各个台阶与主流之间存在一个三角形空腔,形成顺时针旋转的漩涡.漩涡中心速度趋近于零,向外逐渐增...     

Contemporary research on local channel scour downstream from hydraulic structures

Conclusion An analysis of the papers and discussions presented in the 12th IAHR Congress on the topic “Local Channel Scour Downstream from Hydraulic Structures demonstrated that recently a primary emphasis is being placed on the study of the actual characteristics of resistivity to scour (design size of sediment, which varies with scour development, armor coat, and cohesion), bottom pulsation velocities, variation of velocity distribution and transporting potential in the scour hole, and the effect of aeration, as well as studies on time and flood hydrograph influence on scour mechanics. For the theoretical solution of various problems on general and local scour, the methods of the probability theory and electronic computers are widely used. Translated from Gidrotekhnicheskoe Stroitel’stvo, No. 12, pp. 36–39, December, 1968.     

低弗汝德数闸后淹没水跃的数值模拟

通过求解雷诺时均Navier-Stokes方程,对弗汝德数为3.19的淹没水跃进行了数值模拟。应用标准k-ε模型和RNG k-ε模型结合VOF(volume of fluid)自由表面跟踪技术,得到了淹没水跃自由表面位置、纵向速度、紊动能及速度矢量等变化情况。结合实验数据,详细对比研究了两种模型的模拟结果,分析了Fr=3.19淹没水跃的内部流场特性。研究表明RNG k-ε模型能更好的模拟低弗汝德数下淹没水跃的紊流结构,给出了2X/Y124为水跃发展区,并得出水跃产生的旋滚对紊动的产生和耗散起着重要作用。     

泄水建筑物下游冲刷坑二维数值模拟

对巨亭水电站泄水建筑物下游局部冲刷过程进行了二维数值模拟。采用RNG k-ε湍流模型封闭N-S方程、有限体积法在计算网格上离散求解、VOF方法追踪自由水面;采用C语言编写用户自定义函数,以泥沙起动切应力作为床面泥沙起动判别标准,通过分析比较水流剪切力与泥沙起动切应力大小,用以控制冲刷坑底部边界变化;采用局部重构模型和弹簧光顺模型更新计算区域和网格质量,藉以模拟和追踪局部冲刷坑边界变化。研究表明,模拟结果与实测资料符合良好。在冲刷坑的冲刷过程中,床面剪切应力随着冲刷的进程急剧减小,湍动能随着冲刷的进程减小缓慢;床面剪切应力和湍动能沿程变化均较为剧烈,床面剪切应力沿程先增大后减小,床面湍动能则沿程减小。冲刷坑的纵向平衡形态或床面泥沙起动主要决定于床面剪切应力,床面湍动能对泥沙起动也具有重要影响。     

淹没水跃的数值模拟

本文通过求解时均N－S方程κ－ε紊流模型，数值模拟了淹没水跃由静止到最终稳定的全过程。采用隐式非正交同位网格有限体积法离散控制方程组，利用动网格技术跟踪自由表面，并由Orlanski开边界条件得到无反射的出口边界。文中给出了淹没水跃在不同时刻自由表面形状、内部流场结构和流速矢量的变化情况，并与试验资料进行了比较。结果表明，本文方法能够准确有效地描述淹没水跃这类复杂自由表面流动的紊动特性。     

丁坝冲刷的三维紊流模拟研究

丁坝附近的流态和冲刷情况在工程中一直受到人们的重视.本文采用三维RNG紊流模型,结合璧面函数法,利用VOF方法和空度方法处理不规则边界、河床变形及自由水面,采用不平衡推移质输沙模型,同时考虑床面坡度对推移质输沙及临界启动切应力的综合影响,精细模拟了丁坝附近的流场、地形冲淤变化、冲刷坑形态等,并把计算结果与实验资料进行了对比分析,二者吻合较好.模型准确的反映了丁坝局部流态、冲刷的过程和特征.     

新孟河感潮河段支流口门闸下极限冲刷试验研究

感潮河段支流口门外江侧水流受涨落潮牵制作用明显,水流流态复杂,为保证河道堤防安全,避免在大流量引、排水时河道严重冲刷,危害临近建筑物,对闸下冲刷展开研究十分必要。以新孟河延伸拓浚工程界牌水利枢杻为例,构建1:50物理模型开展试验,结果表明:若新开河被开挖至粉砂层,由于粉砂起动流速较小,极易被水流冲起造成河道严重冲刷;由于水流在软硬介质边缘处会产生漩涡,不停的淘刷坑底,使冲刷坑不断加深,所以在进行建筑物护底设计时,应全河段宽度范围内进行防护;根据感潮河段水流受涨落潮牵制作用的水动力特征,可以有针对性的对主流路上冲刷较为严重的区域建筑物进行防护。     

进占方式对戗堤局部冲刷影响的三维数值模拟

在实施土石堤坝溃口快速封堵、河道截流等水利和防洪减灾工程时,口门或龙口处存在较强的局部冲刷。基于已有的经圆柱、丁坝局部冲刷试验结果验证的三维数值模型,模拟了单向、双向进占方式下龙口宽度B/H=4.3、5.8时堤头和河床的局部冲刷发展。根据水流特性与冲刷发展的关系,分析了加剧局部冲刷的水流结构和进占方式对局部冲刷发展的影响规律。研究结果表明:单向进占时,戗堤对水流和冲刷发展存在偏移效应;冲刷在初始阶段均表现为沿堤头上游、裹头下游形成的斜向轴线冲刷趋势,堤头上游绕流后的边界冲刷在整个冲刷过程中始终剧烈;进占长度对水流冲刷偏移效应产生影响,在B/H=5.8时剧烈淘刷区位于戗堤堤头上游的底部堤脚,但是在B/H=4.3时则位于裹头下游。双向进占时,水流沿龙口轴线对称分布;进占长度影响戗堤局部冲刷的剧烈程度。下潜水流和涡旋是造成戗堤局部冲刷的主要原因。     

非正交网格在冲坑流场数值模拟中的应用

结合多重网格法，采用非正交同位网格下的有限体积法，选用标准κ-ε紊流模型对挑流冲坑内流场进行了二维数值模拟，计算中采用非正交网格精确模拟不规则冲坑几何边界，避免了贴体正交网格变换的繁琐，结果分析表明，此方法能够准确有效地模拟冲坑内流场情况，为扩展到三维数值模拟建立了基础。