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。     

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。     

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.     

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.     

带差动挑坎的溢洪道流场三维数值模拟

采用RNGκ-ε紊流模型和VOF方法对某工程带差动型挑坎的溢洪道流场进行了三维数值模拟研究,详细描述了差动坎处的流速、压强等水力参数的分布规律,得出了高低坎挑射水舌的挑距、入水角。将部分结果与试验对比,符合良好,验证了数值模拟是准确可靠的,可作为模型试验的有益补充,为挑坎设计提供重要的参考依据。     

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。     

基于SPH方法挑流水舌的数值模拟研究

以数值模拟挑流水舌的运动特性为目标,采用光滑粒子动力学方法,根据水气两相流的运动规律,建立掺气水舌的SPH数学模型,根据空气阻力的作用特性和自由表面判据,得到了空气阻力的计算关系式,提出了掺气水舌的SPH数值解法。针对桓仁水电站泄洪雾化,进行了掺气水舌的SPH数学模型实例研究,所得到的光滑粒子运动图像刻画了挑流水舌与空气的相互作用,模拟了挑流水舌的掺气过程,并得到了掺气水舌的厚度和速度随其曲线长度的变化关系。结果表明,桓仁水电站挑流水舌的外缘挑距模拟值为82.2 m,原型观测数据为80.2 m,计算误差为2.49%。掺气水舌的挑距模拟值与其原观值基本一致,证明了掺气水舌SPH数学模型模拟挑流水舌运动的有效性和可靠性。     

喷嘴参数对射流结构影响的数值模拟

根据现有实验条件,建立了物理模型和数学模型.选用k-ε紊流模型,并采用SIMPLEC算法进行数值计算.计算结果表明,角形喷嘴射流没有等速核段,轴心速度衰减与锥形喷嘴射流基本段轴心速度衰减相似,射流断面速度分布具有自模性.从角形喷嘴功能要求及射流动力特性出发,扩散角在30°附近有一较佳值;扩散段长度应达到一定值;圆柱段长度在8mm附近有一较佳值.     

横流环境中射流的数值研究

本文采用标准的k-ε模型及混合有限分析法对均匀横流环境中的铅直圆形射流进行了(射流比0.5～8)数值分析。所得射流轨迹线与实验资料吻合良好，且与理论分析得出了各种射流比(射流出流速度与横流速度之比)情况下的射流轨迹线、对称面上的内外边界线的统一数学表达式，得出了水平面上示踪质影响的最大宽度、射流横断面浓度最大值偏离射流中心值与射流比的关系式，还得出了射流是否发生附壁及产生分叉现象的界限值。文中数值结果清晰地显示射流背流面存在马蹄形的流动结构。     

重力场下平板边界层内气液两相流动数值分析

通气减阻技术因具有降低能耗和环境污染小等效果,在工程领域内得到广泛关注。为研究重力场中气相在平板湍流边界层内流动演化过程及由此产生的减阻效应,该文耦合连续表面张力(CSF)的VOF多相流模型和标准k-?湍流模型,求解非定常RANS方程,对边界层内气液两相流动进行数值模拟。通过计算结果与实验结果的对比,验证了数值方法的有效性;进而对不同通气流量和来流雷诺数下,气泡当量直径、近壁区空隙率及流动减阻率进行定量分析。结果表明:减阻效应与近壁区空隙率密切相关;来流雷诺数和通气量的提高,均能增强减阻效应。     

三维挑流水舌及其碰撞的LBM数值模拟研究

为了研究挑流水舌空中掺气破碎以及水舌碰撞形成的复杂两相流运动,采用格子玻尔兹曼方法对泄洪过程中的挑流水舌以及两股水舌的碰撞进行数值模拟研究.研究表明:(1)格子Boltzmann方法能够对挑流掺气水舌进行数值模拟,得到掺气水舌的运动界面以及水舌风的空间分布.水舌内缘挑距、外缘挑距以及横向宽度与文献中实测数据对比误差分别...