溢洪道挑流消能数值模拟计算模型的选择

采用数值模拟的研究方法,以溢洪道为研究对象,分别采用标准k-ε模型与RNG k-ε模型,对溢洪道进行二维水气两相流数值模拟,通过与物理模型试验数据相对比,探究不同计算模型对溢洪道数值模拟计算所得数据的准确性。经验证标准k-ε模型计算所得结果较为准确,且耗时较短。     

RNG k-ε模型在超空化流动计算中的应用评价

为深入了解两相共存超空化的非定常特性,分别采用标准RNGk-ε模型及其修正模型,计算了绕水翼的超空化流动,并通过与实验结果的对比对各个模型进行了评价。计算结果表明;标准RNGk-ε模型及其修正模型均可以模拟绕水翼的超空化流动状况,能比较准确地模拟两相共存超空化阶段汽相和水汽混合相界面的反向波动过程;模型常数的不同主要表现为对空穴内逆压梯度的影响,并由此导致了计算获得的最大空穴长度以及两相界面反向波动速度的差异;超空化区域内水汽两相的变化与压强分布均存在对应关系,压强的变化导致了水汽两相界面的反向波动。     

阶梯溢洪道水力特性试验及数值模拟

通过对阶梯溢洪道进行模型试验研究,验证了侧堰的过流能力,研究了典型断面流速、压力及水深在不同工况下的变化规律。试验结果表明:侧堰的过流能力满足设计要求,在各工况下,水深小于边墙设计高度,阶梯段各点空化数小于初生空化数,不会引起空蚀破化。根据原设计方案使用FLUENT对阶梯溢洪道进行数值模拟实验,并将数值模拟计算结果与模型试验结果进行对比分析,发现数值模拟计算结果与物理模型试验结果吻合良好,为深入分析阶梯溢洪道陡坡流场提供可能,同时,为体型结构优化提供技术保障。     

阶梯溢洪道水力特性及下游冲刷三维数值模拟

基于VOF法的RNG k-ε双方程紊流数学模型,对阶梯溢洪道水流压强特性及下游局部冲刷坑的形态和发展进行了三维数值模拟.结果 表明:数值模拟结果与试验值吻合良好;台阶面流速沿着台阶凸角的连线形成一个伪底,流速与坡面近似平行,各个台阶与主流之间存在一个三角形空腔,形成顺时针旋转的漩涡.漩涡中心速度趋近于零,向外逐渐增...     

基于VOF法的溢洪道三维流场数值模拟

溢洪道设计过程的模型试验的流动特性的预期结果通常不能在特定情况下测量,但是可以通过数值模拟获得许多这种信息.在校核洪水位(650.39 m)和设计洪水位(653.36 m)条件下,利用FLUNT软件,基于VOF(流体体积法)多维两相流模型和标准k-ε方法模拟整个溢洪道的水流特性.两种方案溢洪道表面高程、压力和流速的数值...     

基于RNG k-ε湍流模型的串列双矩形截面桥墩绕流流场特性研究

串列双矩形截面桥墩在桥梁工程中应用广泛,桥墩间距对其绕流流场特性影响显著。利用Fluent软件,基于RNG k-?湍流模型对单矩形截面桥墩、串列双矩形截面桥墩绕流非稳态瞬时流场进行数值求解,从涡量、流线、压力及横向流速等多方面,研究了不同桥墩间距工况下(L/W=2、4、6)串列双矩形桥墩绕流流场分布特征。结果表明,与单矩形桥墩相比,串列双矩形桥墩绕流流动更复杂,尾流涡体及流线弯曲区横向分布范围更广;两桥墩剪切层的生成、分离和重附受桥墩间距影响,当L/W≥4时上游桥墩尾流出现涡体的生成与脱落,桥墩间形成流线弯曲区、压力增高区和压力降低区,下游桥墩尾流形成多个压力降低区。矩形桥墩尾流横向流速呈正负交替波动,与单桥墩单一且对称分布的流速波形图相比,双矩形桥墩横向流速波形图不再对称分布;桥墩间横向流速峰值随间距增大而降低,桥墩两侧区域横向流速波动峰值较单桥墩增大,且距离桥墩中心线越远波动峰值越低。研究结果可为桥墩布设提供参考。     

基于数值模拟的若坑水库溢洪道水力特性分析

为探究若坑水库溢洪道建筑物三维流场模拟及水力特性,应用数值模拟技术对溢洪道掺气坎周围掺气和水流特征展开模拟分析,得出泄流场、压力场、流速场、水面线等水力学参数分布趋势特征,进而对溢洪道通气孔处通气量和风速以及跌坎掺气水流运行特征展开模拟分析。结果表明,不同特征直径气泡对通气量存在较大影响,但整体而言,模拟值均超出设计值;水体中部掺气浓度沿程表现出衰减趋势,空腔负压模拟值明显大于设计值,不利于掺气空腔的完整;尾坎消能工边长的增大能较好消耗水流势能并减小负压空腔,但同时会引起非稳定流速,故应将尾坎边长控制在合理范围内。     

乱木水库溢洪道水流数值模拟

乱木水库溢洪道采用戽式消力池,池内水流流态复杂,消能效果难以确定.采用基于VOF方法的k-ε双方程紊流数学模型对下游消力池的水力特性进行数值模拟,并优化了体形.     

基于VOF模型的台阶式溢洪道数值模拟

为了深入研究台阶式溢洪道水流特性,通过利用FLUENT软件,采用标准k-ε紊流模型模拟湍流流场和VOF模型追踪自由水面的方法对某水库台阶式溢洪道流场进行数值模拟,得到了台阶式溢洪道的自由水面、水流流场、压强分布等水力特性,并与物理模型试验结果进行对比.结果表明:计算值与实测值吻合较好,数值模拟能够快捷获得更加全面的流场信息;同时发现,台阶内存在漩涡,紊动能和紊动耗散率较大,台阶水平面存在压强峰值,而垂直面出现负压区,可为台阶式溢洪道的优化设计提供可靠的参考依据.     

丁坝长度对弯道水力特性影响的数值模拟研究

于河道弯折处设置丁坝后,其水流特征显著改变,为探究该问题,采用RNG k-ε湍流模型及VOF模型对60°弯道内的单丁坝绕流进行了三维数值模拟,模拟中分别计算了设置3种丁坝的工况(模型单丁坝的长度分别为0. 15、0. 25、0. 35m)。基于数值计算的结果,重点对弯道流场结构、断面流速分布、湍流特征参数和液面特性等进行了分析探讨。研究表明:水流流经无丁坝的弯道,会对凹岸产生冲刷,凸岸造成淤积;丁坝的布设,加剧了凹、凸两岸的流速不均匀性,削弱了对凹岸的冲刷,调整了水面横比降;当丁坝长度增长,混流区的尺度变大,流体湍动能以及湍流黏度的强度和作用范围随之变大;在坝后流动分离区域,湍动能呈现最大值,在坝后旋涡中心区域,湍流黏度呈现最大值。     

三维模型在台阶式溢洪道台阶段优化中的应用

采用VOF方法,结合RNGκ-ε紊流模型和单向流体自由追踪界面对台阶式溢洪道台阶段进行三维数值模拟。通过调整台阶式溢洪道平面布置、台阶级数和台阶尺寸对大华水库坝面溢洪道原设计方案进行优化。结合水工模型试验,分析比较原设计方案与优化方案台阶段水力特性,采用31级台阶、45级台阶、62级台阶三种优化体形后消能率增大,不设过渡段则流速最大值减小,流速最大值均不超过15 m/s。数值模拟计算值与水工模型实测值吻合较好,进一步表明VOF方法适用于台阶式溢洪道台阶段水流流动的三维模拟。     

基于FLOW-3D软件的溢洪道三维水流数值模拟

采用FLOW-3D水流计算软件模拟了溢洪道挑流消能的三维水流流场,并通过调整溢洪道平面布置、增设贴角和改变预挖冲坑范围等措施对溢洪道原设计方案进行了优化。结合水工模型试验成果,对原设计方案和优化方案的水流流态、流速分布和水面线等水力特性进行了对比分析。数值模拟计算结果与水工模型试验比较吻合,说明优化方案的有效性,也进一步表明三维数值模拟的可行性。     

基于k-ε紊流模型的后台阶流流动特性研究

后台阶流是几何结构简单而流态复杂的流动现象.采用二维k-ε紊流模型对后台阶水流流动进行数值模拟,并结合PIV系统测得的雷诺数,对Re=500~50 000范围的台阶后定常流动流场数据进行对比分析研究.结果表明流场结构存在稳定的回流区,回流区长度随着Re的增大先急速上升,然后又急速下降,最后缓慢回升直至稳定.断面速度受回流区影响较大,峰值随断面的往下游推移逐渐减小,随Re的增加,断面速度也缓慢减小.压力、紊动能的分布也受到回流区的影响,其中紊动能在低雷诺数情况下受回流区的影响较小.     

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。     

东庄水利枢纽表孔宽尾墩水力特性研究

为了验证东庄水利枢纽表孔宽尾墩初设方案的泄洪消能特性,在水工模型试验的基础上,采用三维水流的RNG k-ε紊流双方程数值模型、自由面的VOF处理法来模拟表孔宽尾墩水流特性。根据东庄水利枢纽的初设方案,计算了宽尾墩的泄流能力、流道内的水面线以及水舌的纵向扩散长度和水垫塘的时均冲击压力,并将相应的试验值与计算值相结合进行了对比分析,发现两者吻合度较高。对比结果表明:2#表孔出口俯角偏小,在高水位时泄流能力受到宽尾墩的影响低于设计值,各工况下ΔPmax均小于15×9.81 k Pa的防护标准,初设方案收缩比偏大、墩尾折角偏小,水舌纵向扩散效果不明显,无法实现表深孔无碰撞消能的效果。     

基于CFD方法的溢洪道下游水流数值模拟

采用计算流体力学方法对溢洪道的水流进行数值模拟.计算四种不同流速下溢洪道的流速、压力和深度等流量特性.由于实际流动是湍流,因此采用RNG湍流模型进行模拟.将溢洪道测压管压力和流速的数值计算结果与水工模型试验结果进行比较.平均速度值的计算结果与实验结果之间的最大差异为5.47％,测压压力值的最大差异为7.97％.数值结果...     

梯形凹角台阶式溢洪道水力特性

台阶式溢洪道中凹角水流的循环及能量交换是泄洪消能的关键因素之一,目前台阶式溢洪道的研究多集中在台阶的坡度、尺寸以及与宽尾墩等联合运用方面,鲜有对台阶凹角几何形状进行研究。通过水工模型试验和数值模拟计算,对传统三角形凹角台阶和新型梯形凹角台阶的流态、掺气浓度、压强、流速等水力特性进行研究,结果表明:梯形凹角台阶与三角形凹角台阶水流水力特性分布规律相同,但由于梯形凹角台阶改变了旋涡脱落的形状,漩涡脱落进入主流中,促进水流湍动,使得初始掺气点位置略微前移,增加主流区断面平均掺气浓度,提高虚拟底板处总压强波动强度,降低台阶沿程流速,有利于提高台阶抗空化空蚀能力和促进台阶消能。     

溢洪道的水力特性研究

随着高水头电站的兴建,泄洪建筑物溢洪道的泄流流量越来越大,对溢洪道的设计要求也越来越高,因而开展溢洪道水力特性的研究具有重大的现实意义。本文研究了水力特性的国内外研究现状,通过试验对水力特性进行了分析。     

冷却池的水力热力特性数值模拟

根据局部线性化方法和线性算子迭加原理，给出了深度平均的全场紊流模型的一种混合有限分析离散格式，用来模拟浅水型冷却池的水力热力特性，并进行了试验验证。数值预报的冷却池全场流态，温度分布以及排水口近区流速，温度变化均与试验结果吻合较好。     

不同体形台阶式溢洪道消能水力特性的三维数值模拟研究

基于计算流体力学软件Fluent,采用标准k-ε紊流模型对水底山枢纽工程的碾压混凝土重力坝消能过程进行模拟,提出了适用于台阶式溢洪道消能计算的三维数值模拟方法。将数值模拟与物理模型试验结果进行对比验证,证明了数值计算方法的合理性。针对原方案中存在不良水力条件的位置进行体形优化调整,研究不同体形台阶式溢洪道对泄流过程水力特性的影响。对台阶进行优化布置以及增设渐变段,优化方案模拟结果表明在保证泄流要求的同时提高了消能率,避免了不良水力条件的发生。