矩形明渠三维紊流的数值模拟

在明渠三维流动中，紊流产生的二次流起关键作用，它对主流流场分布，壁面应力及污染物的扩散有很大影响，有时还影响床面的稳定，Ｋ－ε紊流模型及类似的双方程模型不能计算这种二次流动。本文将非线性Ｋ－ε紊流模型用于明渠三维紊流的计算，模型用张量形式推出，比代数应力模型更易推广到复杂边界流动，应用这一模型及另两种代数应力模型对矩形明渠流动进行计算，所得结果，尤其是表述紊流特征的量，与实测资料进行了详细比较，并     

复式断面明渠三维紊流的数值模拟

本文采用非线性ｋ－ε紊流模型和Ｎａｏｔ－Ｒｏｄｉ代数应力模型（Ｎ－Ｒ模型）模拟复式断面明渠三维紊流。非线性ｋ－ε模型用张量形式推出，适用于边界形状复杂的流动，而Ｎ－Ｒ模型采用一种补充关系式反映计算点与界面距离对雷诺应力的影响，能较好地反映界面的作用。对一个复式断面明渠实例进行计算，给出了流速场（包括主流、二次流），壁面剪切力和雷诺应力分布，并与实验结果进行详细比较，还研究了浅滩粗糙壁面时的流动，除     

动床k—ε紊流模型研究

紊流ｋ－ε模型是近２０年发展起来的，并较适于模拟紊流运动的数学模型之一，它的特点是，用紊动动能ｋ和紊动能量耗散率ε来表征紊流的局部状态并封闭雷诺方程式。本文在紊流ｋ－ε模型和窦国仁悬沙冲淤模式的基础上，提出二维动床紊流ｋ－ε模型。并据此计算在明渠水流中设置方墩以后的河床冲淤变化。计算结果表明，该模型所预报的水流流态和河床冲淤部位与实际情况基本一致，且特别适用于有回流分离区的局部河段的河床变形的计算     

动床k-ε紊流模型研究

紊流k-ε模型是近20年发展起来的、并较适于模拟紊流运动的数学模型之一,它的特点是,用紊动动能k和紊动能量耗散率ε来表征紊流的局部状态并封闭雷诺方程式。本文在紊流k-ε模型和窦国仁悬沙冲淤模式的基础上,提出二维动床紊流k-ε模型。并据此计算在明渠水流中设置方墩以后的河床冲淤变化。计算结果表明,该模型所预报的水流流态和河床冲淤部位与实际情况基本一致,且特别适用于有回流分离区的局部河段的河床变形的计算。     

表面活性剂紊流输水减阻的雷诺应力及能量传递

为揭示表面活性剂减阻水溶液紊流的减阻机理,通过分析各种试验结果后指出,雷诺剪切应力的大幅降低是源于表面活性剂的去相关作用;通过二维矩形封闭流道的时均能量、紊流能量的平衡分析,表明胶束剪切应力从时均流获得能量对低雷诺应力工况下紊流的产生和维持起了决定性作用,减阻率与胶束剪切应力从时均流获得的能量大小之间存在负相关关系。在二维明槽中,使用二维激光多普勒流速仪实测的表面活性剂减阻水溶液的主流方向速度脉动能谱表明,大尺度涡体含能较牛顿流体大,小尺度涡体含能低于牛顿流体,能量耗散尺度增大,这是表面活性剂减阻水溶液紊流能量传递的基本特征。     

用水深平均k-ε紊流模型计算淹没丁坝流场

在二维水深平均水流运动方程的基础上,给出了考虑水深局部变化的二维水深平均k-ε紊流模型闭合方程组。采用控制体积离散方程,运用SIMPLER方法求解。通过数值计算,得到淹没丁坝水流流场和水面线的变化。其计算结果与水槽试验的实测资料基本吻合。     

丁坝绕流的k-ε紊流模型数值解

本文采用雷诺方程组描述丁坝绕流运动,并用紊流k-ε双方程模型闭合雷诺方程组。根据控制体积法导出沿水深平均的二维偏微分方程的离散格式,然后用SIMPLER程式进行求解。通过计算,获得丁坝绕流流场内流速、水化、紊动能和紊动粘性系数的断面分布规律,其中流速和水位的计算值与实测资料较为一致。     

挑流冲坑紊流场的二维数值模拟

利用代数应力模型对淹没冲击射流作用下的冲刷坑内紊流场结构进行了二维数值模拟。计算中采用贴体正交网格变换处理不规则的冲坑几何边界，用VOF方法处理自由水面条件对水流结构的影响。结果分析表明，采用的数值方法可行，计算结果合理，在此基础上，可进一步研究冲坑的消能机理和冲坑的动态发展过程。     

热水岸边排放的数值模拟

本文放弃涡粘性假设，采用由雷诺应力输运方程简化而得的雷诺应力显式表达式及ｕｊＴ＇的表达式为补关系式，构造了适用于热水的二维各向异性Ｋ－ε模型，并首次预报了热水岸边排放３个涡的回流区流场结构，与实验结果相符，同时计算了湍动能分布，雷诺剪应力分布和温度分布。     

非线性双时间尺度紊流模型的研究与应用

在双时间尺度紊流模型的基础上，对线性涡粘性模型进行了修正，建立了封闭的非线性双时间尺度紊流模型。采用交错网格系统和有限体积法，将修正后的模型应用于具有回流的突扩流的紊流模拟中，其计算结果比采用双时间尺度紊流模型的计算结果有进一步的改进；对泄洪洞进口三维流场的数值模拟的结果与试验结果也较为吻合。     

湍黏系数对浅滩海域三维风暴潮的影响

利用WRF大气模式和基于有限体积法的三维海洋数值模型FVCOM,建立了连云港及其附近浅滩海域的三维风暴潮流数学模型。运用k-ε和MY-2.5两种不同的湍流模型,对"韦帕"台风作用下的三维风暴潮流进行了数值模拟,并对计算得到的三维风暴潮流流场结果和垂向湍流黏性系数结果进行了对比分析。计算分析结果表明,两种不同湍流模型计算所得的风暴潮增水差别很小,可以忽略;但在风生流较强的时间段内,MY-2.5湍流模型计算所得的水平流速流向沿垂向分布并不一致,而k-ε湍流模型的计算结果较好,与实测分层潮流资料更为符合。研究结果表明,垂向湍流黏性系数沿水深的垂向分布对浅滩海域风暴潮流水平流速的垂向结构至关重要,建议选用k-ε湍流模型计算垂向湍流黏性系数和湍流扩散系数。     

双涡轮灯泡贯流式水轮机三维 定常流动解析

基于三维N-S方程及标准紊流模型,对双涡轮灯泡贯流式水轮机进行了全三维定常流数值模拟,获得了流场的速度、欧拉能量及压力分布等变化规律。结果表明,CFD分析能较准确地预测双涡轮贯流式水轮机内部流场的结构, 其数值模拟结果可以作为双涡轮贯流式水轮机优化设计及运用的依据。     

虹吸式出水流道水力性能数值计算湍流模型适用性

为寻求适用于大型低扬程泵站虹吸式出水流道水力性能数值计算的湍流模型,首先采用透明流道模型对某低扬程泵站虹吸式出水流道进行了试验研究,测试了流道水头损失并分析了流道内流态; 在网格无关性分析的基础上,选择常用的一方程湍流模型(S-A湍流模型)、二方程湍流模型(k-ε湍流模型、k-ω湍流模型)及Reynolds Stress湍流模型分别对该虹吸式出水流道水力性能进行了三维湍流流动数值计算,并将计算结果与模型试验结果进行比较。结果表明:与一方程湍流模型和Reynolds Stress湍流模型相比,二方程湍流模型在虹吸式出水流道水头损失的计算中更具优越性,采用Standard k-ε,Realizable k-ε和SST k-ω等3种二方程湍流模型计算得到的流道水头损失相对误差小于3%,其中,Standard k-ε湍流模型计算得到的流场与模型试验结果最吻合。     

NUMERICAL SIMULATION OF 3-D TURBULENT FLOWS IN A CUT-OFF VALVE AND ANALYSIS OF FLOW CHARACTERISTICS IN PIPE

1 .　INTRODUCTIONThevalvehasbeenplayinganimportantroleinthe pipeengineeringandisalsooneofmaincomponentsgeneratingtheheadloss .Becauseofthecomplexgeometry ,thedesignwasusuallyeval uatedempiricallyinthepast,whichcausesmuchenergyloss .Toreducetheenergyloss ,itisessen tialforadesignertoknowthedetailsofflowfieldinthevalvepipe .Recently ,withtheremarkableprogressintheComputationalFluidDynamics(CFD)andcomputerhardware ,itisexpectedthatCFDwillbecomeapowerfultoolinthedesignofvalve .Intheactual…     

THREE-DIMENSIONAL SIMULATION OF MEANDERING RIVER BASED ON 3-D RNG k-ε TURBULENCE MODEL

A 3-D numerical model for calculating flow in non-curvilinear coordinates was established in this article. The flow was simulated by solving the full Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with the RNG k-ε turbulence model. In the horizontal x-y-plane, a boundary-fitted curvilinear co-ordinate system was adopted, while in the vertical direction, a co-ordinate transformation was used to represent the free surface and bed topography. The water level was determined by solving the 2-D Poisson equation derived from 2-D depth averaged momentum equations. The finite-volume method was used to discretize the equations and the SIMPLEC algorithm was applied to acquire the coupling of velocity and pressure. This model was applied to simulate the meandering channels and natural rivers, and the water levels and the velocities for all sections were given. By contrasting and analyzing, the agreement with measurements is generally good. The feasibility studies of simulating flow of the natural river have been conducted to demonstrate its applicability to hydraulic engineering research.     

不同坡降影响下弯道式引水渠首水流三维数值模拟研究

采用基于VOF法的RNGkε-紊流模型,对不同横向坡降下的弯道式引水渠首水流进行三维数值模拟,分析了弯道段渠底坡降对水流速度场的影响。计算结果表明:存在一定横向坡降的弯道较平坡相比,在凹岸处增加了一个与主环流同向的小环流,且其纵向主流速最大值向凹岸偏移程度大于平坡。由此得出,存在一定横向坡降时的弯道式引水渠首的水流流速结构更有利于引水渠首引水排沙的需求,能更好的满足实际工程需要。     

NUMERICAL SIMULATION OF 3-D TURBULENT FLOWS OF PLUNGE POOL AND ENERGY DISSIPATION ANALYSIS

A 3-D numerical model for simulating the complicated turbulent flows was developed and the code was made. A numerical calculation of the plunge pool of Laxiwa project in China was carried on. Those 3-D distributions of velocity,pressure on bottom wall,turbulence kinetic energy and turbulence energy dissipation rate are revealed in detail and the detailed flow patterns of plunge pool were shown. By studying on the characteristics of turbulent diffusion and energy dissipation,the calculated results show that the major turbulence and energy dissipation are taken place near the axis of water jet. The calculated results also indicated that the calculated maximum impact pressures on the bottom wall of the plunge pool have a good agreement with those obtained by physical hydraulic model test.     

A coupled 1-D and 2-D channel network mathematical model used for flow calculations in the middle reaches of the yangtze river

A coupled one-dimensional (1-D) and two-dimensional (2-D) channel network mathematical model is proposed for flow calculations at nodes in a channel network system in this article.For the 1-D model, the finite difference method is used to discretize the Saint-Venant equations in all channels of a looped network.The Alternating Direction Implicit (ADI) method is adopted for the 2-D model at the nodes.In the coupled model, the 1-D model provides a good approximation with small computational effort, while the 2-D model is applied for complex topography to achieve a high accuracy.An Artificial Neural Network (ANN) method is used for the data exchange and the connectivity between the 1-D and 2-D models.The coupled model is applied to the Jingjiang-Dongting Lake region, to simulate the tremendous looped channel network system, and the results are compared with field data.The good agreement shows that the coupled hydraulic model is more effective than the conventional 1-D model.     

曲线坐标下三维水动力学生态综合模型的建立

为了获得高分辨率、高精度及快速的数值模拟计算成果，以便解决复杂边界的工程实际问题，本文研究了通用形式表示的湍流代数应力模型流动基本方程组在拟合坐标系中的转换。通过该模型方程组的转换，并结合具有生物化学作用过程的生态子模型，建立了曲线坐标下三维水动力学的生态综合模型，便于复杂边界工程问题的方程组求解及对未来情况的预测和评价。     

二维自由剪切湍流的实验结果及其与理论计算的比较

本文用热线风速仪和数据采样技术,对二维湍流混合层、湍尾流和湍射流自模拟区内的平均速度、湍流强度、雷诺应力和脉动速度的高阶关联进行了测量,所得结果与不可压缩流体剪切湍流理论的计算结果进行了比较,两者吻合得较好。