溢流坝反弧段紊动水流的数值模拟

本文采用非正交网格控制容积法及ｋ－ε二方程紊流模型，求解二维时间平均Ｎ－Ｓ方程，对反弧段紊流进行数值模拟。计算中分别采用了标准的考虑曲率修正的ｋ－ε紊流模型。后者计算结果与实测值符合良好。本文亦讨论了位置未知的自由水面的处理。     

静水环境中径向紊动射流数值模拟

为了对径向射流的流速场进行分析研究,进行了静水环境中径向射流的实验。基于PIV测速仪得到了多种工况射流中线流速分布资料。进而分别采用Realizable k-ε模型和RNG k-ε模型对径向射流进行了数值计算,计算结果与实验资料的对比表明,Realizable k-ε模型比较适合径向射流的数值模拟,然后利用Realizable k-ε模型对6种不同工况下静止环境中径向射流进行了数值模拟。数值模拟的结果分析表明,径向射流横截面上流速分布为高斯分布、射流速度半宽沿程增大且与距射流出口的距离成正比以及中线流速沿程衰减与距射流出口的距离成反比,通过引入特征长度的概念,使射流的无量纲中线流速衰减和无量纲速度半宽沿程变化呈现出较强的规律性。     

淹没紊动射流三维流场特性的数值模拟

采用RNGk-ε紊流模型对有限空间的单孔、双孔紊动射流的流场进行了三维数值模拟研究。研究结果表明:无论入流条件如何变化,经无量纲处理后的轴线流速分布曲线几乎都落在同一条无量纲速度分布曲线上,说明流动存在相似性。双孔射流时,流场存在分区结构,在不同的喷嘴间距下,射流的卷吸程度不同,S/D越大,射流之间的卷吸掺混作用越弱。     

二维温度分层流的数值模拟

以N-S方程为基础，考虑水流温度分层的特点，采用了二维温度分层流的大涡数值计算模型，根据Smagor-insky-Deardorff大涡模型方法对运动粘性系数和运动扩散系数进行模拟，通过对港口取水系统进行模拟，得到了水温与流速分布，正确地模拟了温度分层现象，同时比较了不同工程措施对降低取水温度的效果。     

波浪环境中垂向紊动射流的三维数值模拟

实验结果显示在持续的波浪环境中污染物稀释度比无波环境有显著提高,但是关于波浪要素与污染物浓度分布之间的关系的研究还不充分,结论还不统一,需要在实验及数值计算等方面对这个课题作更深入的研究.本文采用非线性紊流模型和VOF方法建立了波浪环境中垂向紊动射流的三维数值模型,通过改变波浪参数做了大量的数值模拟实验.基于数值模拟结果,重点分析了射流初始稀释阶段污染物浓度分布和波浪要素的关系.     

趾墩悬栅联合消能紊动及荷载特性数值模拟

基于Navier-Stokes方程和RNG k-ε湍流模型,采用流体体积函数法(Volume of Fluid,VOF)追踪非线性自由界面,对比趾墩悬栅联合消能与单一悬栅消能2种方式的水力特性差异,模拟水跃过程产生的大尺度紊动及水汽两相的强烈掺混作用。获得消力池内精细流场结构及边壁所受压力变化,以此对紊动特性及压力分布规律进行研究。结果表明:趾墩悬栅联合消能结构显著增加了渥奇段内水体紊动强度与规模,其中0.4＜h^*＜0.8(h^*为相对水深)范围内紊动强度相较单一悬栅显著增加,沿程衰减显著;消力池底板动水压力呈现明显波动,其平均动水压力相比单一悬栅略有降低;压力脉动峰值位于0.3＜x_p＜0.4(x_p为沿程相对位置),其动压力系数为消力池底板最大动水压力系数的2.0~2.4倍。研究成果可为消能机理的研究提供可靠依据。     

二维分层流的格子Boltzmann数值模拟

基于格子Boltzmann方法,采用改进的自由能模型,对二维分层流和“气泡”迁移现象进行了数值模拟。计算模型中,边界条件处理采用了法向反弹假定,这种处理方法具有二阶精度且简单易行。在给定的条件下,对分层流进行了数值模拟,流速的计算值与其理论解非常吻合,最大相对误差不超过0.3％。常规自由能模型不能满足伽利略不变性,在模拟气泡运动时,圆形气泡往往会变为椭圆形;而改进的自由能模型满足伽利略不变性,在模拟气泡时其形状不会失真。最后,给出了一个“气泡”迁移的数值仿真,在计算了200 000个时间步后,气泡仍然保持原来的形状。数值试验的结果验证了模型的有效性与可靠性。     

河道断面突变对污染物紊动扩散影响的数值模拟研究

在河道上修建小水电,河道断面突变改变了河道水流的紊动状态和过流特性,对污染物的对流扩散造成影响,污染物可能在局部累积,造成富营养化等水质问题。采用平面二维的紊流扩散模型模拟研究河道断面突变对污染物对流扩散的影响。最后,提出了减小河道断面突变的对污染物对流扩散影响的建议。     

高含沙圆管流的紊动强度分布

明渠高含沙水流紊动特性的研究比较多，而关于高含沙管流紊动的文献则很少见到。我们在管路试验系统中，用应变式紊动流速仪，观测了管道内高含沙水流紊动强度的大小，沿垂线分布以及流速，含沙量对紊动强度大小和分布的影响，初步探讨了流核区内存在紊动，管轴处紊动紊动强度不小于其周围附近点紊动强度值的机理。     

排沙漏斗水流紊动特性数值研究

排沙漏斗是一种利用立轴旋涡实现水沙分离的二级排沙设施,用传统的模型试验方法难以揭示其复杂的水力特性。为了探明排沙漏斗内水流的紊动特性,该文采用雷诺应力模型(RSM)和VOF数值方法模拟了排沙漏斗内水气两相流,并将计算结果与试验结果进行了比较,两者吻合较好。计算结果显示,排沙漏斗水流紊动强度和紊动能在排沙底孔和吸气旋涡附近最大,在侧向边壁、底面和悬板等固壁附近以及部分上层水域较大,在远离固壁和水面的区域较小。分析表明,排沙漏斗内二次流和水流分离对水流紊动特性具有显著影响。     

调节池污水紊动模拟及对污染物降解的影响

污水调节池中水流紊动强度对污染物的降解有很大影响。为分析水流紊动与污染物降解的关系,利用三维紊流模型分析调节池水流紊动结构,并与实测结果进行了对比分析。结果表明,不同流量情况下,水泵吸水口附近的流速分布和紊动强度的模型计算结果与试验数据均吻合较好。进一步的研究表明,调节池中水流紊动对污染物的降解满足“一级反应”理论,水流紊动越大,污染物COD、总磷、氨氮的降解率越大。     

动网格技术数值模拟挑流冲刷过程

实际挑流泄洪消能时冲坑及堆丘的形成是一动态过程，已有对挑流冲刷的数值模拟多考虑平衡冲刷坑情况，本文采用动网格技术模拟挑流冲刷的时因河床边界变化引起的流场变化过程，控制方程组由非正交同位网格有限体积法求解，计算结果表明，本文方法是有效的，正确地反映了挑流冲刷过程中流场结构衣速度，压力等参数的变化。     

含有紊动黏性项浅水方程的数值求解

紊动黏性项对水流方程数值求解的稳定性至关重要.采用基于无结构网格的有限体积法对方程进行离散,对流项的界面通量采用Roe格式的近似Riemann解计算,紊动黏性项采用单元交界面的平均值估算,底坡源项则采用特征分解法处理.应用该模式模拟了圆柱绕流,模拟结果与实际情形较相符.对港珠澳大桥的海中人工岛水域的潮流运动进行了有效模拟,结果表明该模式能够较好地模拟出水建筑物附近水域复杂的水流结构.     

均质高浓度流从层流向紊流的过渡及紊动强度

和牛顿流体一样,宾汉流体的雷诺数超过一定值后,其流动将从层流向紊流过渡。本文介绍了宾汉流体从层流向紊流过渡时的时均流速和阻力系数,以及宾汉紊流在光滑区的紊动强度沿垂线分布。文中也给出了宾汉流体由层流向紊流过渡时的临界雷诺数近似判别式。     

河流底流中重金属释放的水流紊动效应

紊动条件下，重金属释放主要决定于水流挟沙力和水流紊动力强度，通过动态试验，求得了水流挟沙力公式利用因次分析的方法，得出了同一时刻重金属释放浓度与水流紊动强度间的关系，以重金属释放动力学为基础，绘合河流中泥沙运动规律及水流紊动强度与重金属释放的关系，建立了水流紊动条件下重金属释放的动力学模型，以该模型描述不同系动条件下重金属释放的动力学过程，得到了满意结果。     

紊动剪切流中气核振荡对空化的作用

为了解压力脉动对泡动力学和空化现象的作用，可将压力脉动的不同随机量与气核在流场中的动态响应联系一起进行分析。结果认为：在水流强烈的紊动下，由于压力脉动的影响，气核交替地膨胀和收缩，脉动负峰值可使瞬时压力降低。气核发育时间明显缩短，促使空化提前发生。     

边坡稳定性分析方法及数值模拟

边坡稳定性问题是岩土工程中的一个重要研究内容,边坡破坏具有不同的模式,分析方法亦不同。该文以平朔安家岭露天矿为研究对象,借助GEO-SLOPE软件,运用极限平衡理论的方法,分析在水压和井采扰动条件下的边坡破坏模式,并对边坡稳定性进行计算和评价。结果表明,在考虑水压以及同时考虑水压和井采扰动两种情况时,安全系数分别为1.234和1.213,不满足安全储备要求,需要采取输干排水等相应措施进行处理;在考虑井采扰动时,安全系数为1.311,基本满足安全储备要求。水压和井采扰动是影响边坡稳定性的重要因素。