超高水头大泄量竖井旋流泄洪洞消能机理数值模拟研究

鉴于传统模型试验对竖井内旋转水流的流速测量难度较大,采用Realizableκ-ε双方程紊流模型,并结合VOF法,对某一超高水头大泄量竖井旋流泄洪洞进行数值模拟,对比分析了水流流态、空腔直径、井壁压强及旋流角等水力要素的模型试验和数值模拟结果,在此基础上,计算了不同断面的能量大小,获得了竖井旋流泄洪洞各部位的消能形式及消能率分布。结果表明,竖井起始部位主要消去旋转水流的切向动能,占总能量损失的6.19%;中间部位主要消去旋转水流的位能,占总能量损失的21.18%;下半部位利用环状水跃及水垫池消去旋转水流大部分的剩余能量,占总能量损失的58.69%。     

喷灌管网系统水力特性数值模拟研究

从系统分析的观点出发，以管网结点平衡方程为基础，建立了求解喷灌管网系统内各类水力单元直至全系统水力特性的数值计算模拟模型，给出了求解方法，经实际工程验证，模拟计算结果能如实地反映了选型配套及优化运行先进提供了可靠的快速计算方法。     

过水围堰溢洪流场试验与数值模拟分析

针对过水围堰溢洪流场特征系统研究较缺乏,数值模拟分析较少的现状,通过制作过水围堰溢洪的专门水工试验装置,结合数值模拟开展系统的水力特性研究并对比分析水面线、流速分布及压力的试验值与数值计算值。结果表明,过水围堰溢洪最大流速出现在消能平台进口附近,前部流速分布表现为底层流速大、表层流速小;消能平台底板承受水流转向的冲击力,压力随泄流量增大而增大。消能平台承担消能防冲任务,水流特性对围堰结构稳定至关重要,研究成果可为改善消能平台结构设计提供依据。     

白鹤滩水电站~#1泄洪洞反弧段水力特性的数值模拟

采用k-ε紊流模型对白鹤滩水电站# 1泄洪滴竖曲线段及其下游连接段水流流场进行数值模拟,获取了流速、水面线、压强,切应力等水流运动参数分布.结果表明,底板和边墙的压强沿反孤向下游逐渐增大,在反弧后部1/4范围内达到最大,反弧末端的压强梯度大于反孤起始端的压强梯度;切应力沿反弧向下游逐渐增大,且高切应力范围在下斜坡段延伸一段距离,而在同一断面内角隅附近的切应力较大;空化数沿程减小,陡坡段开始需采取掺气减蚀措施,防空蚀的关键部位为反孤段末端后边墙的中下部和底板.     

旋流竖井段水力特性数值模拟

采用标准κ-ε模型和VOF方法相结合,实现了水平旋流竖井段的水力特性的数值模拟．并计算了不同收缩比起旋器出口情况下竖井段的水力特性。模拟计算结果与试验结果对比表明,旋流竖井段的水力特性采用这种标准,κ-ε模型的模拟效果较好。     

毛家河水电站溢洪道三维数值模拟

为寻求毛家河水电站溢洪道较优的泄洪消能形式,以质量守恒及动量守恒为基础,建立了κ-ε湍流模型封闭雷诺方程组,采用VOF方法追踪自由液面,对溢洪道泄流能力、水面线、底板压力及槽身和下游河道的流速进行了三维数值计算,数值计算结果与模型试验结果吻合较好,并根据工程实际情况拟定了多种方案对溢洪道全域及下游河道进行了数值模拟。计算结果表明,设置中隔墙并使左、右泄槽挑流鼻坎错开布置方案,溢洪道槽身段水流流态较好,挑射水流与下游河道水流衔接平顺且对两岸岸坡冲刷较轻,总体效果较好。     

吉林台水电站泄洪洞突扩掺气体型的试验研究

吉林台深孔泄洪洞模型试验,通过对偏心铰弧门突扩掺气体型水流流态、空腔特性及其对掺气量的影响、侧壁压力分布等进行观测,对突扩掺气体型水力特性进行研究,并对其空化特性进行分析。     

基于RNG湍流模型的泵站进水流道三维数值模拟

运用基于壁面律的RNG k-ε湍流模型对新型空心桩式水泵站进水流道进行数值模拟,采用交错网格的有限体积法求解三维不可压Navier-Stokes方程,提出优化进水流道目标函数并依据数值模拟结果预测进水流道水力损失.根据经验公式计算的水力损失与预测的进水流道水力损失较为接近,表明采用RNG k-ε湍流模型能较好地预测进水流道的水力性能,对进水流道内特性数值模拟和外特性预测研究有较高的推广价值.     

多股多层水平淹没射流模型试验与数值模拟研究进展

针对多股多层水平淹没射流新型消能工特点,采用模型试验与数值模拟相结合方法,比较分析了国内外研究现状,并评述了预测能力,探讨了消能效果及影响因素,为未来研究方向提供了参考.     

组合掺气体型水力特性三维数值模拟

基于Realizableκ-ε紊流模型和VOF方法,以博贡大型龙抬头泄洪洞直线段为例,对挑坎后加矩型、U型和V型掺气槽的水力特性进行了三维数值模拟.结果表明,U型掺气槽水流冲击底板的压强最大,矩型和V型掺气槽对底板的冲击压强相当,矩形掺气槽形成的侧空腔最长.三种掺气槽后水流流态均平顺,水流强烈紊动形成的涡旋卷吸将空气卷吸入水流中.     

基于滑移网格的垂直轴潮流水轮机的三维数值模拟

为了探究翼型对垂直轴水轮机水力效率的影响,基于叶素理论分析建立了垂直轴潮流水轮机在水槽中的物理模型,采用滑移网格技术在Fluent软件中对模型的流场进行了三维数值模拟。在保持转速一定、更改来流速度即改变叶尖速比的条件下,分析了两种不同NACA翼型直叶片的潮流水轮机内部流场以及水力性能。结果表明,翼型以及叶片安装角对垂直轴潮流水轮机的利用效率影响很大,其流动特性与来流速度、叶片布置形式有重要联系,为新型潮流水轮机的设计和翼型的选择应用提供了依据。     

深孔突扩跌坎水力特性的三维数值模拟研究

针对突扩跌坎应用于高速泄流的深孔中其破坏因为众说不一的问题,通过对亭子口水利枢纽底孔突扩方案的三维数值模拟研究,分析了突扩跌坎型的压强分布、流速分布、底空腔和侧空腔的形态及整个流态分布,并进行了物理模型试验验证,结果表明,该突扩跌坎方案布局合理、有效,且物理模型试验与数值模拟结果吻合.     

凝汽器水侧流动的三维数值模拟

建立了某一凝汽器实际管束的流动计算模型,运用计算流体力学的方法,对该凝汽器水侧流场进行了三维数值模拟。采用分区对称计算方法,大大降低网格数量,从而详细预测了凝汽器水侧进出口水室以及其连接管和冷却水管束内的流动特性。计算结果可以清楚地表明:该凝汽器进口水室存在大量漩涡,使流动阻力增加,流动恶化;水室速度分布不均匀,进口水室管板中心区域流体流速较高而边缘区域较低,结构上存在一定问题;而出口水室的结构较为合理。这与采用多孔介质模型模拟的结论一致,进一步验证了采用多孔介质模型对凝汽器进行计算是正确可行的。计算结果同时表明,冷却水管束内流量和流速的分布是不均匀的,位于中心位置的冷却水管流量较大,而周边区域较小,最大流量差别可达到38%,且相邻管路的流量减小幅度与冷却水管布置有关。冷却水管内冷却水流量和流速的差异将会影响换热器的换热性能。计算结果可为分析研究管排流动不均而引起的换热效率问题提供条件,也可为凝汽器设计和结构优化提供依据。     

三个泉倒虹吸充水过程水力特性的数值模拟

为保证三个泉倒虹吸安全可靠地运行,采用计算流体力学软件FLUENT模拟研究其充水过程中的水力特性。对充水流量10、14m3/s两种工况不同时刻的水气二相分布采用VOF法进行捕捉,采用有限体积法分析计算速度分布及压强等。结果表明,两种工况均需要调节下游闸门以确保倒虹吸在正常水位下运行,且充水流量为14m3/s时还需保证空气能被排气阀完全排出,因此三个泉倒虹吸充水采用较小流量(Q≤10m3/s)并控制下游闸门,可保证其安全运行。     

发动机瞬态进气流动特性三维数值模拟研究

应用计算流体动力学软件FLUENT中动网格生成技术,针对一款量产的125mL排量摩托车用发动机的实际几何模型及进气门升程规律,进行了其进气过程的三维瞬态数值模拟,得到的大量气道和缸内流动特性信息,为发动机的设计和改型提供了重要的理论依据。     

缅甸DAPEIN水电站溢流坝泄流三维数值模拟

以k-ε湍流模型封闭Reynods方程,采用VOF法追踪自由水面,对缅甸DAPEIN水电站表孔溢流坝的水流流动进行了三维数值模拟.结果表明,溢流坝的泄流能力、水面线、压力分布与流速分布等数值模拟结果与模型试验实测结果吻合,数值模拟结果可信,选择的紊流模型合理,求解方法可靠,可为工程设计提供全面、合理的参考.     

燃烧室内空气运动三维数值模拟

采用IPIC-CFDⅡ源码,对内燃机不同燃烧室内的空气运动进行了详细地三维数值模拟,着重研究了不同燃烧室结构、燃烧室偏心、涡流比对燃烧室内空气运动、特别是对纵向滚流结构的影响,说明通过数值模拟手段可以完全透视内燃机工作过程的细节,为优化设计提供理论基础.     

波节管管内流动传热特性的三维数值模拟

利用Fluent三维数值模拟的方法,以水为介质,研究波节管管内流动传热特性,并进行场协同分析。结果表明:波节管波纹段内强回流区的存在,使其管内扰动明显,管内流动与传热特性都呈周期性规律变化,与外界换热效果良好。经计算,在入口流速为2m/s时,波节管的纵截面平均场协同数为0.347,场协同角为69.69°。     

泵站进水池悬空高度水力特性数值模拟

鉴于水泵吸水管进口的悬空高度对水泵的进水流态和工作效率的影响,运用三维紊流模拟技术建立了雷诺时均N-S方程和连续性方程,将流速均匀度和水泵流量作为水泵性能评估的目标函数,采用基于标准κ-ε模型和水、气两相流VOF方法,对水泵进水池的不同悬空高度进行了模拟,分析了不同悬空高度下进水池的流动特性,揭示了进水池水流流动的水力性能差异。     

柱体周围水力特性的数值模拟研究

针对柱体周围水力特性的数值模拟研究多采用二维数学模型,得出的结论缺乏原因和规律分析,基于Fluent 6.3软件平台,采用κ-ε紊流双方程模型和具有自由液面追踪功能的VOF单流体模型,分别对方柱体布置方向与来流夹角成90°和圆柱体布置方向与来流夹角成45°、60°、75°、90°进行三维数值模拟,分析了柱体对水流的壅水及柱体周围的流场和压力状况,获得了柱体周围水力特性的规律,可为柱体设计提供参考.