龙抬头式泄洪洞水力特性试验研究与数值模拟

为探索采用数值模拟研究龙抬头式泄洪洞水力特性的可行性,以黄河小浪底水利枢纽2#龙抬头式泄洪洞作为研究对象,结合1∶40正态水工模型,利用RNGk-ε湍流模型,从泄流能力、洞顶余幅、断面流速、测压管水头、水流空化数、挑流射程及冲坑深度等方面对设计与校核两种洪水位条件下龙抬头式泄洪洞的水力特性进行了研究,并将模拟值与试验值...     

明流泄洪洞水力特性的二维数值模拟与试验研究

为了使明流泄洪洞满足设计泄流量和校核泄流量要求,对其结构进行了优化设计,并根据垣曲县境内板涧河河口右岸的小浪底引黄工程泄洪洞实际工程,建立了明流泄洪洞泄流数学模型。计算中引入FLUENT软件中的VOF(Volume of Fluid)模型和Mixture模型进行数值计算,得到了设计和校核水位条件下泄洪洞泄流能力、水深沿程分布、水流空化数以及断面流速和压强及挑距,并将部分计算结果与模型试验结果进行比较分析,结果表明两者吻合较好。因此采用FLUENT软件研究明流龙抬头泄洪洞的水力特性是可行的,为该项软件应用于实际工程提供了理论依据。     

龙抬头泄洪洞水力特性的数值模拟

以某水电站泄洪洞为研究对象,结合大比尺水工模型试验,采用RNG k-ε数值模型,利用VOF法追踪自由液面,对龙抬头泄洪洞的流场进行了三维水力特性的数值模拟,并提出2种增加掺气设施的修改方案。结果表明:数值模拟结果与水工模型实测值吻合较好,该方法可以较好地模拟三维流场;增加掺气设施后可以有效地减轻下游反弧段的空蚀破坏。     

多弯道溢洪道水力特性数值模拟研究

文中在物理模型试验的基础上,对多弯道溢洪道进行了数值模拟研究。采用FLUENT软件,引入适用于分层两相流的流体体积分数(VOF)模型求解自由水面曲线,成功地对龙屯水库多弯道溢洪道进行了三维紊流数值模拟,得到了自由水面、溢洪道底板压力、断面流速大小和三维流场的分布规律,并将数值模拟结果与试验结果进行了分析对比,两者基本吻合。试验结果表明:合理的选择数值模拟模型及参数,可以很好地模拟水流流态,可为工程所用。     

水工隧洞弯道水力学特性数值模拟研究

随着计算机性能的提高和数值结算方法的改进,数值模拟计算已在水工建筑物体型优化设计中的得到了广泛应用。笔者在某工程的单条导流洞数值模拟计算研究的基础上,详细研究了不同弯道半径和转弯角度对弯道水力学特性的影响,其研究成果基本符合客观规律,数值模拟计算方法对水工隧洞弯道的设计具有一定的指导意义。     

小湾水电站泄洪洞水力学问题试验和数值模拟研究

岸边泄洪洞为小湾水电站3套泄洪设施之一,上游水位和泄洪洞出口挑流鼻坎落差超过200m。最大泄量达到3881m^3／s,具有典型的高水头大流量特点,泄洪水力学问题十分突出。采用三维数值模拟和1：35局部模型试验相结合的方法,对小湾泄洪洞新方案进行研究和优化,结果表明：泄洪洞长有压段进口体型布置基本合理;该设计方案明流段反弧末端掺气坎和明流直线段第一道掺气坎由于坎高和水流Fr数较小的原因,难于形成稳定的掺气空腔。通过降低泄洪洞反弧末端高程,提高水流Fr数以及在掺气坎下增设二级坡的方法,解决了难于形成掺气空腔的问题。     

有压直角弯管水流流动特性数值模拟研究

采用湍流模型对直角有压弯管管流的流速特性进行了三维数值模拟,分析了直角有压弯管在不同入口流速情况下水流的流动特性。研究表明:该模拟方法为进一步研究直角有压弯管流速特性影响提供了条件,并对预防水利工程弯管设计中造成不必要的损失提供了参考。     

高水头岸边泄洪洞水力特性的数值模拟

为了探索采用数值模拟的方法来研究高水头岸边泄洪洞水力特性的可行性,用Fluent商用计算软件,对某电站岸边泄洪洞进行了数值模拟研究,得到了泄流能力、压强沿程分布、水流空化数、通气设施进气量、空腔形态及挑距等,并将部分计算结果与模型试验结果进行了比较,两者符合较好,表明采用数值模拟的方法研究龙落尾式泄洪洞的水流是可行的。但是,数值模拟暂时不能正确的反映掺气水深及洞顶余幅。     

有压泄洪洞多级孔板消能室的紊流特性试验研究

在水电工程中,将有压泄洪洞设置多级孔板逐级消能,可以有效地降低内水压力、控制平均流速、降低工程造价。但是设置孔板后,在一定范围内水流现象复杂,紊动强烈,能否在大型工程上采用尚存在一定的疑虑。为了解此种水流运动的内部结构及对洞壁的影响,我们采用二维激光测速仪对孔板之间的管段内流速脉动情况进行了测试     

旋流式竖井泄洪洞水力要素的数值模拟与试验研究

通过水气二相流(VOF)方法的标准k-ε双方程紊流数值模型对旋流式竖井泄洪洞的水面线、压力、流速、紊动能及紊动耗散率等重要的水力要素进行数值模拟并通过试验对计算结果进行比较分析,结果表明:计算值与实际测量值吻合比较好,验证了VOF方法的标准k-ε双方程对旋流式竖井泄洪洞水力要素模拟的可行性.     

带消力池的交汇泄洪洞水力特性数值模拟

为探究支洞设置消力池时主、支洞交汇区域水力特性,采用RNG k-ε紊流模型结合VOF方法对某工程交汇泄洪洞水流进行了三维数值模拟.结果表明,交汇区域主洞右边墙处水深先增加后减小,左边墙处先减小后增加,下泄较长距离后横向水位趋于一致;交汇口侧下游附近最大负压随交汇角增大而增大;交汇角减小时,分离区最低水位位置向主洞下游移...     

弯道水流的基本特性及数值模拟

总结了弯道水流水面横比降、横向环流、流速重分布、分离流及弯道切应力和局部阻力等基本特性及其研究现状;建立了极坐标下沿水深平均的弯道水流平面二维数学模型;并进行了试验室180°矩形弯道和长江调关河弯两个弯道水流的实例计算。计算和验证表明：建立的弯道水流数学模型能较好地模拟弯道水面形态变化和流速重分布。     

明渠弯道交汇口水动力特性数值模拟

为研究不同宽深比和径宽比对明渠弯道交汇口水动力特性的影响规律,利用体积函数法(VOF)追踪自由表面,采用RNG k-ε模型封闭控制方程,建立明渠弯道交汇水流三维数值模型对3种宽深比和3种径宽比的5种组合工况进行了模拟,分析了交汇口附近的水面形态、流速分布、断面环流和分离区形态等特征。结果表明：随着宽深比的增大或径宽比的减小,交汇口附近水面跌落程度减弱;与径宽比相比,宽深比对弯道交汇口以及下游区域内流速分布的不均匀性影响较大,宽深比增大,纵向流速变幅增大,流速分布更加不均匀,水流偏转效应增强;宽深比或径宽比减小导致弯道处环流强度增大;宽深比或径宽比增大,弯道处回流结构增强,分离区尺寸增大,水平方向上形态更加狭长。     

流凌条件下弯道水力特性数值模拟

采用VOF技术,利用RNG k-ε湍流模型,结合拉格朗日粒子模型,通过建立弯曲度不同的弯道,对流凌条件下弯道的水力特性进行了模拟研究.结果表明:流凌过弯后主要集中在凹岸,集聚明显;流凌的存在增大了凹岸表层水流的横向环流,在一定程度上影响凸岸底部大环流的发展;各弯道进口断面最大水面流速均大于出口;随弯曲度的增大,冰水流凹...     

李家峡水电站底孔有压弯道水力设计的试验研究

针对李家峡水电站底孔由于受进口有压急弯段的影响，使出口断面压力和流速分布不对称，形成流束倾斜，导致明槽段水流流态恶化、左右折冲、断面横向水面差达１．５ｍ左右等问题。在总结李家峡底孔泄水道（８７）、（８８）方案试验成果的基础上，进一步对该底孔压弯道短进水口的水力特性进行了试验研究，提出在有压进口段内采用一种新的连接型式——反向压力双弯道衔接段来取代以往惯用的单弯道形式，它可以平衡由于弯道而产生的壁面两侧压力差和流速差，从根本上解决有压力弯道短进水口出流流态问题。     

STH水库底孔泄洪洞数值模拟研究

为研究STH水库底孔泄洪洞在校核工况下能否满足设计下泄流量,洞内水深能否满足净空要求,以及验证出口挑坎计算水舌长度;通过采用Ansys Fluent软件对校核工况下底孔泄洪洞进行三维数值模拟计算,对泄洪洞设计参数的合理性进行复核。     

弯道水流三维数值模拟研究

通过引入可减小凹凸岸冲刷及弯顶顶冲作用的对称基本型、非对称A型及非对称B型三种具有缓变曲线的弯道型式,在清水冲刷工况下,利用MIKE 3软件流场模型(Flow Model FM)中的泥沙输移模块(ST),通过模拟单曲线弯道和三种新型弯道型式下的弯道河床冲淤变形,甄选能够减轻水流对河床、堤身及堤脚冲蚀破坏的最优弯道型式。经过数值模拟得出:插有缓变曲线的三种弯道冲深均明显浅于单曲线弯道;且插有缓变曲线弯道可滞后顶冲点位置、缩短凹岸冲刷长度,其中对称基本型弯道的效果最为明显;从冲淤趋势及水面形态上看,各种弯道对于改善水面形态、减小冲刷程度的效果依次为:对称基本型弯道非对称A型弯道非对称B型弯道单曲线弯道。     

U形弯道水流试验及其数值模拟

弯道水流运动是河流动力学研究的基本问题之一,长期以来,其复杂的三维水流结构一直是研究者关注的重点。弯道水流在重力及离心力的共同作用下,形成弯道螺旋流,与顺直河道相比,具有特有的运动特性,主要表现在产生水面横比降、横向环流、流速重分布等方面。用声速多普勒流速仪（ ADV ）,对室内 U 形弯道水流结构进行了详细的测量,分析表明弯道环流出现了较为明显的双涡二次流变化过程。此外,试验验证结果表明雷诺应力模型（ RSM ）能较好地模拟弯道环流双涡二次变化过程,为深入分析弯道水流特性及其对泥沙运动、河床演变等影响问题提供了科学方法。     

有压管道充水过程水力特性三维数值模拟

运用Fluent软件建立三维模型,对某调水工程中的一段有压管道充水过程的水力特性进行三维数值模拟计算,采用PISO算法分析了管道充水过程中气体压力、水力要素及两相流流态变化情况。结果表明:充水流量的大小会导致管内气体压力的强烈变化;气体压力变化又会影响进口流速。在水体流到管道后部管壁之前,流线均匀,流态较好;之后气液两相彼此相间,流线错综复杂,流态紊乱,湍流能量较强。建议以小流量充水原则对类似输水管道进行试充水操作。