泄洪洞扭曲型挑坎数值模拟应用

为探究验证泄洪消能工扭曲型挑坎的可行性和合理性,以红岩河水库右岸泄洪洞末端扭曲型挑坎为例,采用标准k-ε湍流模型和VOF多相流模型对扭曲型挑坎进行水气两相流三维数值模拟。研究结果表明计算域的整体流态及水面线高程与水工模型试验数据吻合良好,计算误差较小;挑距挑高及冲刷坑深度数据均显示挑坎布置合理,运行安全;下游冲刷趋势与流速紊动能分布均显示消能充分,水流顺利归河。为后期使用数值模拟的研究方法对大交角狭窄河道情况及挑流鼻坎型式的优化设计提供了参考和借鉴。     

溢洪道出口斜切型挑坎挑射水舌三维数值模拟

采用RNGk-ε紊流模型与VOF方法对溢洪道斜切型挑坎挑射水舌进行了水气二相流三维数值模拟。计算得到了空中水舌形态、水舌挑距、水舌入水角度及入水速度,模拟结果与模型试验和理论计算结果吻合良好,分析了空中水舌及水舌入水区域的流场、水舌入水位置、紊动能κ和紊动能耗散率ε的分布规律以及提高水舌数值模拟精度的措施。论文研究结果表明本数值模拟方法对类似工程基本可以代替模型试验,从而提高研究效率,并为工程优化设计及运行提供科学依据。     

挑流消能水气二相流数值模拟

采用VOF法对挑流消能从库区到下游水垫塘进行了全程水气二相流二维数值模拟。模拟了射流的空中轨迹线和水垫塘的自由水面,得到了计算域的流线、压力、流场、紊动能k及紊动能耗散率ε分布,并用物理模型对模拟结果进行了验证,二者吻合良好。说明利用湍流二相流模型及VOF法对空中射流水舌及水垫塘流态模拟是可行的。     

挑流鼻坎合理宽度探讨

挑流消能在消能工中有着广泛的应用,挑流原则要求获得最大的挑距和最小的冲坑.挑流鼻坎的几何尺寸对其起决定性作用,鼻坎挑角、反弧半径可根据规范选取,挑坎顶高程可根据下游最高水位确定,而挑坎宽度没有具体的要求,本文通过假设计算法找出合理的鼻坎宽度,使得挑距最大,冲坑最小.最后还说明了入射水股面积对冲坑的影响.     

扭曲鼻坎对泄洪洞挑流消能的影响研究

针对某泄洪洞挑流水舌对下游河道产生不利影响等问题,开展了基于扭曲鼻坎调整射流方向的水力模拟试验研究。通过对几种扭曲鼻坎的优化研究,发现采用降低挑坎高程的大转角贴坡扭曲鼻坎布置,可以合理调整水舌方向,理顺下游河道形态,消除了右岸涌浪和边岸淘刷威胁,同时又解决了泄洪洞过渡期洞内水跃闷顶问题。研究成果对泄洪洞出流的消能防冲设计有一定的借鉴意义。     

翻卷水舌鼻坎挑流的紊流数值模拟

将斜鼻坎与外边墙平面转弯相结合可使挑射水舌在空中横向翻卷,扩散更为显,同时,水舌中心线与溢洪道中心线形成较大的偏角,中将此种鼻坎称为翻卷水舌挑流鼻坎．通过翻卷水舌挑流鼻坎的水流属于带有复杂自由表面的紊流流动,本采用VOF法和k-ε紊流模型进行模拟,获得了详细的三维水流结构,计算与实测的水面线吻合良好,表明将紊流数学模型用于溢洪道翻卷水舌的数值模拟是合理可行的．     

威远江水电站溢洪道挑流鼻坎数值模拟研究

针对威远江水电站岸边式溢洪道挑流消能存在的问题,采用RNGk-ε双方程模型、非结构网格与自适应局部网格加密的方法,模拟湍流,利用流体体积分数法(VOF)确定自由水面线,成功地对溢洪道挑流鼻坎挑流进行了三维紊流数值模拟。对挑流鼻坎的修改方案进行了研究,经过计算提出了较优方案,所提方案得到了物理模拟的验证,为威远江水电站设计与优化提供了可靠的设计依据。     

溢洪道挑流鼻坎水气二相流数值模拟研究

针对某溢洪道挑流消能存在的问题,采用VOF方法、立方体网格和k-ε紊流模型对溢洪道整体水力特性进行了三维数值模拟,对挑射水流流态、水舌掺气、水垫塘底板压强、下游河道流速等方面进行了分析.将某溢洪道由原高低式挑流鼻坎修改为差动式后,增大了下泄水流入水范围,提高了挑流消能的消能效率,减小了水垫塘底板压强,降低了下游河道水流流速.优化方案数值模拟结果得到了模型试验结果的验证.     

铅厂水电站泄洪冲沙底孔出口挑坎设计

铅厂电站泄洪冲沙底孔消能设计中采用挑流消能方式,底孔布置在左岸岸边位置处,由于河道地形狭窄,轴线方向与河岸斜交,给河道岸坡安全带来威胁.经过比较,采用扭曲式挑坎挑流消能的方案,使挑射水流在顺水流方向向右岸分散,改善了均匀挑坎水舌集中靠近左岸的缺点,增加了水流的消能效果.     

某水电站溢洪道挑流鼻坎体型研究

某水电站位于高山峡谷区,泄水建筑物布置在右岸,溢洪道出口下游河道十分狭窄,出口消能设计应充分考虑对下游岸坡的影响,避免顶冲对岸,因此需对挑流鼻坎体型进行重点研究。通过水工模型试验,结合工程特点,对不同体型的挑坎进行分析,最终推荐四窄缝差动挑坎体型。结果表明,四窄缝差动挑坎在各工况下流态较好,水舌纵向拉开且落点处于河道中间位置,对两岸边坡影响较小,可满足工程安全运行要求。研究成果可为狭窄河床的溢洪道消能设计提供借鉴。     

NUMERICAL SIMULATION ON 2-D WATER-AIR TWO-PHASE FLOW OVER TOP OUTLET

Flood discharge over top outlet of dam is simu-lated by 2-dimension water-air two-phase mathematical model.Distribution of dynamic pressure, turbulent kinetic energy (k), turbulent dissipation rate (ε) , free water surface and veloci-ty field have been obtained. The simulated results were testedby physical model, which shows that the computed results areidentical with that of the physical model.     

长距离无压引水隧洞水气两相流数值模拟

建立了长距离无压引水隧洞水气两相流耦合VOF法的三维标准k-e紊流模型,近壁面采用考虑糙率影响的壁面函数,采用PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)算法求解非稳态的水气两相流流场。应用计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)软件STAR-CD对某长距离无压引水隧洞水气两相流进行了模拟。结果表明长距离无压引水隧洞在隧洞进口处出现水流扰动区,在主支洞交汇处出现水流漩涡区,在隧洞出口处出现水流突变区;分析了隧洞沿程过水面积及气流量的变化规律,结果表明01支洞和02支洞补气不明显,03支洞补气明显;对某水库放水兼放空洞水深实测数据进行了验证对比,模拟结果与实验基本吻合。     

ANALYTICAL STUDY ON FLOW PROCESS OF FLOATING-OIL RECOVERY DEVICE FROM OIL-CONTAMINATED SEAWATER BY MHD METHOD

A new method of recovering maritime oil-spill based on electromagnetic force,the so-called MHD oil-spill recovery method was proposed in the IEECAS. The operating process of MHD channel was described in this article. Numerical study was carried out using a two-dimensional water-air two-phase model and the VOF method. The agreement between the numerical and the experimental results was reached.     

VOF方法理论与应用综述

分析两相流中采用VOF方法模拟交界面运动变化的基本原理,概述近年来为提高VOF方法计算精度和自由面重构效果所做出的各种改进和在各个领域所取得的研究成果及应用前景.指出VOF方法如在基础理论上进行改进,则在多维流场的数值模拟上将会有更广阔的应用空间.     

复杂异相射流计算收敛的一个办法

水下高速可压缩气体射流的两相流计算不易收敛,本文提出按水的密度设计一种理想气体,然后与燃气一起按两相气体混合流进行计算取得成功。这一办法对一相基本静止的情况时实用的。     

水气二相渗流与双重介质变形的流固耦合数学模型

为了真实反映地质岩体系统内孔隙、裂隙对发生于其中的物理过程的控制与影响,基于岩体渗流水力学和多相渗流力学理论,将工程地质体简化为孔隙一裂隙双重介质,建立了水气二相渗流与双重介质变形的流固耦合数学模型,采用Galerkin有限元方法推导了相应的有限元方程,编制出三维有限元计算程序。算例表明：双重介质模型能够比较准确地描述地质体的结构;在进行注水井数值实验模拟时,考虑耦合与不考虑耦合时的孔隙压力的差别随时间的推移会越来越大。     

THE ROLE FORE AIR FLOW IN SOIL SLOPE STABILITY ANALYSIS

In order to investigate the effect of the pore air flow in the soil slope stability analysis, a water-air two-phase flow model, based on the multi-phase flow theory, is proposed and with the model, the water-phase and air-phase seepages of the soil slope in the stable seepage and rainfall situations are simulated. The soil slope safety coefficients are obtained according to the simulated pore air pressure and pore water pressure. The calculation results show that in the stable seepage situation, the influence of the pore air pressure on the soil slope stability can be neglected, while in the rainfall situation, the pore air pressure generated in the unsaturated zone will reduce the safety coefficient, and the larger the distance between the slip surface and the underground water level is, the greater the influence of the pore air pressure on the soil slope stability will be.