闸站合建枢纽对渠道水流流态影响的数值模拟研究

闸站合建枢纽运行时过闸水流的流态对渠道安全运行至关重要.借助CFD模型对闸站水流运动进行模拟,分析流量和闸门宽度的改变对闸后水流流态的影响.研究发现,闸后L＞3.4B的渠段时流量改变对水流的不均匀性影响较小,不良流态主要集中在L≤3.4 B的渠段,其中L和B分为别为闸后渠长和渠宽;而闸门宽度的改变对水流不均匀性的影响较...     

跌坎式底流消能工水流特性分析

现对跌坎式底流消能工消力池内水流流态的演变进行了初步分析,随着入池能量的变化,消力池中会产生混合流、淹没混合流、淹没底流以及远驱底流流态.并对淹没底流流态下,消力池内的淹没射流区、附壁射流区内的流速分布采用射流力学理论进行了分析,得出了其流速分布公式.     

闸墩端部型式对水流流态影响的有限元分析

利用强大的有限元分析工具ANSYS软件对过闸水流进行流体动力分析，比较不同闸墩端部型式对水流流向、流速分布及动水压力变化的影响。     

弯曲河道对水流流态影响数值模拟

蜿蜒型河流是冲积平原常见的河型之一。针对具体河流的特定自然条件,需要对不同河道形态下的河道特性做出预测,以便选择和调整相应方案。采用集水动力模块、泥沙输运模块、污染物运移模块和水质预测模块为一体的环境流体动力学模型,利用计算机进行数值模拟,对京郊某弯曲河道3种河道形态在50年一遇洪水过程下进行数值模拟,在此基础上对3种工况下河道的水流特性进行分析,发现工况一弯道处凸岸流速先增加后减小,凹岸流速先减小后增大,凹岸水位明显高于凸岸水位;工况二两岸流速分布较为对称,叉道起到分洪滞洪作用;工况三两岸水流摆动现象不如工况一明显,衬砌工程量较小,并提出相应河道保护措施。     

南京市三汊河河口闸单孔开启水流流态模拟研究

为模拟南京市三汊河河口闸附近水流流态,探究河口闸单孔开启的可行性,采用Delft 3D软件建立大范围水深平均模型和局部三维数学模型,对三汊河河口附近水流流态进行数值模拟,研究最不利水位工况下的水流流态,并确定了闸孔不同运行模式对流速分布的影响范围.进一步地,将河道底面流速与研究范围内泥沙起动速度进行比较,获得了河口闸附...     

三汊河河口闸过闸水流流态改善措施数值分析

针对三汊河河口闸水流偏右侧的不利流态,为寻找改善水流流态的工程措施,采用大范围水深平均二维数学模型,对过闸水流流态进行了模拟研究。在难以改变现有地形的情况下,提出在闸前布置导流墙的工程措施,采用闸前左右岸流速比、水位差以及左右闸孔过流流量占比等参数作为改善效果的评价指标。结果表明,在合适墙长与墙体角度下,导流墙可起到明显的流态改善效果。     

土坝溃决跌坎水流水动力特性数值模拟

黏性土坝漫顶溃决涉及多学科交叉,过程极其复杂,尽管国内外大量物理模型试验成果表明其溃决多以“跌坎式”溯源冲蚀为主要特征,然而对该冲蚀发展形式下的水流-坝体微观作用机制尚不清晰。水流作为漫顶溃决的冲刷主动力,对坝体溃决发展起着主导性作用,采用RNG k-ε紊流模型和VOF自由液面捕捉技术针对黏性土坝漫顶溃决代表性水流结构——溃决跌坎水流开展了三维数值模拟研究,对跌坎水流的水流结构、流态、水力特性指标等进行了细致分析,揭示了不同工况下坝体跌坎上的剪切应力、流速分布规律,进而从水动力学的角度对坝面进行受力分析,初步推断了黏性土坝漫顶溃决过程中各级跌坎的主要合并方式为“台阶水平面刷深下切”。研究成果为进一步掌握黏性土坝漫顶溃决发展演变机理提供了理论基础。     

闸后水跃水流的数值模拟

本文采用Ｋε紊流模式和体积率（ＶＯＦ）跟踪自由水面的方法，模拟了闸后水跃的水流结构，并与试验进行了比较，计算结果与试验资料基本吻合．通过体积率函数更新流场空间点的密度分布，描述、显示了水跃区的掺气现象和水面波动状态．     

在设计洪水位下某闸坝的过闸水流流态模拟研究

为了解某闸坝在设计洪水位时的过闸水流流态,采用Flow-3d有限元软件,对该闸坝进行了三维有限元模型的构建,并对过闸水流的下泄流量、自由液面和水深、流速分布、掺气分布及湍动能和能量耗散率等流态变化进行了模拟分析,得出下泄水流随时间的变化、各闸门的下泄流量、不同水深水流的流速分布、掺气分布及湍动能和能量耗散率等流态的变化及分布规律,为闸坝布置、结构等的优化设计提供科学依据,为今后类似闸坝等水工建筑物的设计提供参考。     

地面沉降对西河闸流态的影响

天津滨海平原区地面沉降十分严重,对这一区域的水闸产生多种影响,最为明显的是水闸挡水时水压荷载的加大,影响闸体稳定;其次是闸下水流的流态发生变化,容易形成下游河道冲刷。采用VOF(The Volume of Fluid)法,研究了地面沉降对西河闸闸下水流流态的影响。因地面沉降使闸前水深加大,造成闸下表层水流旋滚不够充分,消能效果变差;底层水流流速增加,水跃位置下移,急速水流跃出消力池。随着水闸泄流量的加大,这一影响表现得更为明显。     

坎深和入池能量对跌坎型底流消能工流态影响的数值模拟

跌坎型底流消能工是建立在常规底流消能工基础上的一种消能方式,相对于常规底流消能工能有效降低消力池的临底水力学指标.本文采用RNG k-ε双方程紊流模型进行数值模拟;数值计算采用SIMPLE算法的改进的算法PISO算法;对于自由水面线,采用VOF方法对进行追踪模拟.并对计算结果与物理模型观测值进行了对比,两者结果具有较好的一致性.     

丁坝布置方位角对河道水流流态的影响分析

采用数值模拟的方法研究不同布置方位角下丁坝群的近体流场分布情况。结果表明绕丁坝的近场流动具有强三维非恒定特性。下挑丁坝对水流流态影响较小,正挑或上挑的丁坝有利于促使泥沙在坝裆之间快速落淤,同时有利于集中水流,壅高水位。该文对丁坝的正确布置形式以及坝址周围河底、堤防的维护具有指导意义。     

基于弯道水流对闸孔泄流影响的研究

以建于弯道处某实际工程水库为例,采用旋桨式流速仪和流场时测系统对弯道处某实际工程水库闸孔泄流的水力特性进行了系统的物理模型试验研究,对比运用FLOW-3D软件建立的数学模型,验证了3种不同工况流量下闸孔水流泄流时的泄流流态、流量水位关系、水舌挑距和挑高、表面流速分布、中孔的泄流水面线、溢流面压力分布和尾坎处的流速,显示了数值模拟的准确性,验证结果与模型试验结果基本一致,吻合较好,为类似工程研究提供了重要参考依据。     

闸后水流运动的SPH法数值模拟

在对光滑离子流体动力学(SPH)法的基本原理、核函数及控制方程离散格式、边界处理方法等进行介绍的基础上建立了数值水槽模型,成功模拟了闸门开启后水流的界面变形、界面破碎、气泡的生成及溃灭,以及涌浪的生成过程。结果表明SPH法能够捕捉到流体的飞溅及融合现象,适于模拟具有瞬时极大变形等水流运动。     

突扩底流消力池跌坎深度对池长的影响研究

在狭窄地形条件下,底流消能消力池长度往往受限。通过水工模型试验,结合消力池内水流紊动情况、临底附璧射流沿程冲击力以及底板脉动压强标准差等水力特性,研究一定突扩边墙(突扩比1. 75)条件下,消力池跌坎深度变化对池长的影响。成果表明:跌坎深度由5cm依次增加至10cm、15cm时(Q=12L/s),消力池长度可分别缩短约18cm和23cm。因此,枢纽布置时,可通过增加跌坎深度,在一定程度上减小消力池长度,以满足对地形的要求。     

跌坎式底流消能工跌坎深度确定及工程应用

由于受地形条件和下游高速公路桥墩的限制,某水库工程在选择消能工和体型的布置上难度较大,最终设计采用底流消能。为研究消力池的体型、消能效果和出池水流对高速公路桥墩的影响,开展了水力学模型试验。采用降低消力池底板高程形成跌坎式底流消能工,取得了良好的消能效果,临底流速降低明显,下游河道水流对高速公路桥墩的水力冲击明显减弱。所得成果可为类似工程的消能研究提供参考。     

宽尾墩对跌坎底流消力池影响的试验研究

针对低水头、大单宽流量、下游水位变幅大的水电站中的泄洪消能问题,本文结合官地水电站工程进行了水工模型试验研究,从消力池的水流流态、临底流速以及底板时均动水压强对比几方面,分析了宽尾墩对跌坎底流消力池的影响。结果表明,宽尾墩改善了消力池内的水流流态,降低了消力池内的临底流速和时均压强,充分利用了宽尾墩技术优势,提高了泄洪设施的总消能率,有效解决了下游水位变幅较大的水电工程类泄洪消能问题。     

导流墙对闸后三元水流特性的影响

为避免或减轻多孔水闸少数孔开启时产生的突扩式三元水跃及次生二次水跃对闸后防冲设施及河道的冲刷破坏,针对平板闸门单孔开启和连续3孔开启情况,在消力池中分别设置4种不同长度导流墙,通过物理模型试验和三维数值模拟研究了相应水跃特性及流速、流态特征。模型比尺采用1:100,数值模拟采用RNG k-ε紊流模型和VOF方法。结果表明:在连续3孔闸门开启,闸门开度为1 m的试验条件下,导流墙长度为消力池长度的50%, 60%, 75%和100%时与未加导流墙情况相比,跃后水深分别降低了4.16%, 1.66%, 1.94%和2.22%;二次水跃距离分别缩短了17.14%, 14.29%, 2.86%和1.43%。导流墙长度为消力池长度的50%时跃后水深与二次水跃距离降幅最大,海漫上流速分布更加均匀。试验结果可为闸下消能设计和工程运行管理应用提供借鉴和参考。     

跌坎消力池体型优化数值模拟

以某高水头大单宽流量的水电站为例,对不同体型参数的跌坎型消力池进行了一系列的数值模拟计算。在原体型设计的基础上,顺次改变出口反坡坡度、池长、进口跌坎坡度及高度,通过数值计算得出了各影响因素的变化对消力池内水力特性的影响,以此来确定最优消力池体型。由数值计算结果可得:消力池出口反坡不宜垂直;缩短消力池池长,冲击区时均压强略微减小,临底流速开始变化不大,当消力池池长缩短到一定程度时,临底流速明显增大;减小跌坎坡度,冲击区正向临底流速减小,但反向临底流速增大;降低消力池前半段高程,可使进口临底流速降低,但反坡段临底流速会有明显增大,建议不进行挖深工作;提高底板高程,时均压强减小,临底流速变化不大,考虑到挖方量,建议不降低底板高程。此研究成果可为类似工程设计提供参考和依据。