渗流自由面数值模拟方法比较

结合最新提出的自由面适应网格法,与现行的2种固定网格法即变单元渗透系数法和初流量法进行数值模拟比较,以探讨各种方法在自由面渗流计算中的优缺点及其应用情况。试探性地选取3种固定网格方法进行系统的比较,即在精度、迭代步数、网格敏感度、初设自由面敏感性上进行多方位比较,分析各方法的灵活性、鲁棒性、数值稳定性、计算效率和可靠性...     

闸坝地基岩土体各向异性渗流边界条件的影响分析

渗流运动数值模拟计算结果的精度与边界条件的处理关系密切,在各向异性渗流情况下分析了边界条件选取对计算结果的影响程度,将水利工程中各向异性渗流常见的边界情况概化为四类数学模型并进行了数值模拟计算。结果表明,边界附近区域的水头分布受边界条件的影响最为明显,呈很强的非线性,边界条件的不同也会影响各向异性区域内部流速分布和渗流量。     

急流条件下模拟自由面紊流的“弹性盖”法

文献［１］提出了一种模拟自由面紊流的“弹性盖”法,并实际计算了底部垂向射流流场,其自由面流动性质属缓流。本文研究了在急流条件下“弹性盖”的变形规律,得出了急流条件下只需“弹性盖”变形方向与缓流情况相反即可获得相应的自由面位置的结论,并给出了实际算例。     

双浅水垫消力池水力特性的数值模拟与试验研究

结合大渡河泸定水电站右岸2#泄洪洞出口消力池体型优化试验,在一般浅水垫消力池体型的基础上,提出了一种双浅水垫消力池的新体型。为了深入探究该型消力池的消能机理及其水力特性,采用三维RNGk-ε紊流模型对双浅水垫消力池进行了数值模拟计算研究,并与传统的底流消力池及单浅水垫消力池(跌坎式)的数值计算结果进行了对比分析。结果表明,双浅水垫消力池更能充分发挥浅水垫的"垫层"作用,能有效地降低消力池临底流速,水跃流态更好且稳定,消能效果较佳;同时,消力池底板动水压力分布也更加均匀,对消力池稳定性和安全有利。     

复杂边界三维贴体网格的生成及其应用

数值网格生成方法的基本思想是通过交换方程，把物理空间上不规则域交换成计算空间上规则而简单的区域．数值网格生成方法的发展，扩展了有限差分法的适应条件．在总结前人工作的基础上，本文提出一种生成复杂边界三维贴体网格的耦合方法，拓展了一般三维贴体网格的应用范围．通过实例验证，该方法切实可行．使用方便，对复杂边界三维区域的流场计算有重要的参考价值。     

低佛劳德数掺气坎空腔回水问题研究

为解决低佛劳德数缓坡泄洪洞掺气坎空腔易发生水流回溯,影响进气的问题,结合大渡河大岗山水电站泄洪洞,采用k-ε紊流模型对连续式掺气坎、连续式掺气坎加局部陡坡以及U型掺气坎加局部陡坡三种体型的掺气坎进行了数值模拟和物理模型试验,结果表明设置U型掺气坎可以有效地抑制水流回溯,稳定掺气空腔,消除空腔内积水,增大气水交界面积,提高掺气效率,而且具有体型简单等优点。     

SKM模型在天然河道的适用性研究

采用有限体积法对SKM模型控制方程进行离散,使其可以应用于任意断面形状的天然河道水力要素计算。通过自编程序,将该数值模拟方法应用于长江朱沱水文站和英国特伦特河Yoxall水文站断面深度平均流速及水位流量关系计算,所得数值解与实测结果吻合良好。实例应用结果表明,采用该数值模拟方法可以有效地解决SKM模型在天然河道中的应用难题,其在河道过流能力、水位等方面预测合理可行,具有实际应用价值。     

基于正交设计的掺气坎体型设计数值模拟研究

考虑挑坎坡度、挑坎高度等9项可能影响掺气坎空腔特性的参数,按照正交设计进行数值模拟试验.在试验基础上,采用极差和方差分析手段,以掺气空腔的外空腔长度、内空腔长度、通气孔进气情况和槽口出流速度为评价指标,对影响掺气坎空腔特性的9个参数进行分析.结果表明:影响掺气坎外空腔长度的诸多因素中,缓坡平台长度是主要因素,其他因素的影响相对较小;U型槽高度对掺气空腔内空腔长度起控制性作用,其他因素影响很小;对于通气孔进气情况和槽口出流速度,9个因素的影响都相对较小.与试验建议方案比较结果表明,通过正交设计分析所选出的最优方案,其水力特性指标均优于其他方案.说明正交设计分析方法是合理的,可行的.所得成果为工程实际中掺气坎体型的设计提供了依据,对于设计行之有效的掺气设施有实际意义.     

各向异性渗流数值计算中的旋转控制体积法

在各向异性渗流计算中,因地质构造复杂多变,常常会遇到主渗透方向与网格坐标方向不一致;从而在对扩散项进行数值离散时,其系数矩阵中出现负值元素和对角线元素不占优,导致计算得不到正确解.文中提出了旋转控制体积法,通过对所计算控制体积旋转,使其与主渗透方向一致,确保系数矩阵中各元素为正值.该方法保证了计算结果的合理性,对类似具有各向异性问题的数值模拟具有重要参考价值.     

不同入流角度对浅水垫消力池水力特性的影响研究

在模型试验对比验证的基础上,采用大涡模拟方法,研究了不同入流角度对浅水垫消力池水力特性的影响。结果表明,水流流速在浅水垫消力池内衰减迅速,且池内最大流速衰减速度随入流角度增加而增大;来流角度越大,形成的淹没水跃跃首位置就越靠前,跃后最高水深也越大,最高水深出现的位置也越靠后;随着角度增大,入流水股对浅水垫末端直立壁面的冲击趋于明显,消力池底板脉动压力基本呈正态分布;消能率随入流角度增加而增加,但超过一定角度,增幅逐渐减小。