随体网格数学模型在多级孔板消能工流场计算及布置优化中的应用

本文采用非正交网格有限体积法，建立模拟多级孔板洞内轴对称流动的随体网格数学模型。由于采用非正交网格，该模型可以准确地模拟孔板的实际体型。同时，在标准Ｋ－ε紊流模型的基础上，本文又根据紊动动能生成项与耗散项的比值大小，对Ｃμ系数进行修正，使计算结果与实测值符合良好。采用此模型对小浪底工程四级孔板比较方案的孔板间距、孔径比、孔板内缘圆弧半径等变化的影响进行了大量的、系统的研究，在较短时间内完成了方案的比选，从而为方案的决策提供了重要的技术依据。     

孔板消能工的体形对隧洞泄洪消能的影响

本文介绍了作者近期的试验和对国内外已有成果的综合分析，讨论了孔板消能工下游的时均压强沿程分布和能量损失系数同消能工体形因素如上游进口形状，下游出口形状，孔板厚度等的关系，分析了各因素的影响，并由此得出水力学意义的几项界限；厚孔板与薄孔板的界限，孔板上游进口坡度及孔板下游出口坡度对能量损失影响的界限，推荐了工程实用的范围。     

泄洪洞孔板式消能工的多尺度紊流分析

在标准K-ε模式模拟孔板式泄洪洞水流方面,发现在收缩比小(收缩程度大)时,用其计算出的流速场和实测的数值相差较大。为探讨这一问题,本文用二维LDA流速测量仪对孔板式泄洪洞内紊流特性进行了测量,接着在不同的网格系统下,应用标准的K-ε模型,对洞内水流进行了数值分析,探讨了网格对计算结果的影响。在此基础上,又进而对其内水流进行了多尺度紊流模型的数值模拟,在回流区得到了和实测结果较为吻合的结果。     

孔板流场的二维激光测速试验研究

本文通过二维激光测速试验分析了孔板流场特性,并深入研究了孔板内缘型式对流场影响规律,采用圆形管道和模拟孔板断面的矩形管道两种模型试验对比分析,研究了孔板环内分离流发展过程与孔板内缘型式的关系,从而揭示了内缘型式对消能系数影响的内部机理。     

移动网格下黄河下游游荡段二维水沙数值模拟北大核心CSCD

本文针对游荡型河道水沙数值模拟中岸滩崩塌引起的网格移动问题,采用任意拉格朗日-欧拉方法,在正交贴体坐标系中建立了移动网格下的黄河下游游荡段平面二维非恒定水沙数学模型,同时为使移动网格情况下水沙运动控制方程满足几何守恒律,推导了正交贴体坐标系下网格运动项的计算公式,并采用基于弧长的超限插值法,提出了一种能追踪河岸边界变化的网格移动计算方法。最后采用黄河下游花园口至高村河段2013年实测水沙资料对模型进行验证,结果表明,本模型能较好地模拟出计算河段的水沙输移、滩槽冲淤分布和岸滩冲刷后退过程,所建模型可用于黄河下游游荡型河道水沙运动和滩槽演变模拟。     

不同来水条件下弯道摆动的三维数值模拟

基于非正交网格,采用局部网格可动技术来处理由非黏性土河岸崩塌所引起的弯道摆动过程.在曲线坐标同位网格下,采用不平衡输沙方程及非黏性土崩岸模块构建了弯道横向摆动三维数值模型.模型采用有限体积法对方程进行离散,采用与动量插值技术相结合的SIMPLEC算法进行模型求解.模拟分析了不同来水条件下边岸可冲时弯道的摆动过程,结果表明:模型能够有效地模拟出大、小流量下弯道演变过程中"大水趋直、小水坐弯"等复杂响应过程,实测结果与计箅结果吻合较好.     

低流速孔板流量系数的分析

孔板用于压力管道中测量流量,相对于消能作用其特点是过流量小、流速低,而资料介绍的孔板流量系数都由模型实验得出。格鲁吉亚卡杜里电站采用跨流域引水方式,其引水道模型实验中采用此测流方法经济实用。本文采用标准k-ε湍流模型对孔板流场进行数值模拟,得到流速分布和流量系数,通过模型实验对低流速孔板的流量系数进行了验证,两者结果完全一致。在上述电站引水道模型试验中采用孔板测流的流量系数,试验结果完全满足精度要求。     

复式断面三维漫滩水流的数值模拟

本文采用非正交三维曲线坐标下的k-ε双方程湍流数学模型,对弯曲不规则地形的渠道和漫滩流动进行数值模拟。该模型在水平方向采用非正交曲线坐标,在垂直方向采用等分网格的全坐标变换,对河道底部表面和两岸壁面使用壁面函数法处理。通过弯曲渠道和顺直漫滩带有弯曲主槽的模型对本文的数学模型进行验证,给出弯道各断面的主流速分布图、各断面的二次流分布图等。对比分析,本模型的计算结果能够较好的反映实验结果,表明该模型对三维漫滩水流流动有一定的应用价值。     

电厂孔板下游流动加速腐蚀模拟研究

使用计算流体软件对电厂孔板下游流场进行模拟分析,研究不同流速和不同孔径比对孔板下游流场分布、传质系数的影响规律,并基于所建立的流动加速腐蚀(FAC)过程模型,确定孔板下游的腐蚀行为与流速、孔径比之间的相关性。结果表明:孔径比一定时,孔板下游传质系数和流动加速腐蚀速率随着流速增大整体呈现增大趋势,并且腐蚀峰值出现位置向孔板下游偏移;流体流速一定时,孔径比越小,传质系数和流动加速腐蚀速率越大,腐蚀高发区向孔板方向移动。该模拟结果与实验结果较吻合。     

非正交曲线坐标下三维弯曲河流湍流数学模型

本文在水平方向采用非正交曲线坐标，在垂直方向采用笛卡尔坐标系统，结合实际河床地形实行堵塞技术以实现对实际地形的模拟，在河床表面使用壁面函数法模拟河底阻力，在自由水面采用改进的“刚盖假定”方法，研究开发了非正交三维曲线坐标下的κ-ε双方程湍流模型。通过实验室弯道对模型进行了验证，计算结果与实测值吻合较好，将模型应用于天然连续弯曲河流的流场计算，给出了4层流速矢量图和4个断面二次流矢量图。