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。     

掺气水舌运动微分方程及其数值解法

在重力、浮力和阻力作用下建立了掺气水舌运动微分方程，并应用四阶龙格-库塔(Runge-Kutta)法得到其数值解；最后将挑流水舌外缘挑距计算值与原观值作了对比，其最大相对误差为3．4％．     

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。     

连续坎挑流水舌出射角特性研究

本研究采用基于VOF水气两相流的标准k-ε双方程紊流数学模型对连续坎挑流水舌出射角特性进行了三维数值模拟研究,为计算挑流水舌出射角与挑坎体型角的差值提供理论支撑,从而达到修正工程中挑流水舌实际出射角的目的。基于不同来流条件、挑坎体型尺寸下的系列计算数据分析了来流水深、坎前断面流速、反弧半径以及挑坎挑角对挑流水舌底缘出射角、上缘出射角和出射角断面分布的影响,获得了出射角的变化规律。研究结果表明,挑流水舌出射角沿水深方向逐渐减小,底缘出射角大于上缘出射角但两者均小于挑坎挑角,并揭示了来流弗劳德数、挑坎体型参数对底缘出射角差以及断面平均出射角差的影响规律且建立了相应的计算方法,可为连续坎挑流水舌计算水舌挑距、入水范围提供精确的出射角,有助于挑流消能设计水平的提升。     

浅析溢流双曲拱坝的水力学问题

根据模型试验结果,讨论了某工程溢流双曲拱坝出现的水力学等方面的问题,原设计方案拱坝溢流的流程短,堰顶至鼻坎的落差小,挑流水舌以平抛或自由跌落方式泄入下游,水舌扩散及掺气极不充分.要尽可能加大落差及流程,以使水舌挑距及泄量更为理想,对溢流拱坝采用长连续挑流鼻坎消能与冲刷的水力特性进行分析计算表明,其挑流水舌在空中的消能率较小.     

溢洪道差动式挑坎水力特性分析和计算探讨

溢洪道差动式挑流鼻坎可增大其挑射水舌的扩散、碰撞、掺气和消能率,从而减轻下游河床的冲刷。目前对差动式挑坎水力特性研究成果仍较少,给工程设计带来极为不便。在现有的文献和成果总结和分析的基础上,开展了差动式挑坎下游河床冲刷特性的试验研究,对差动式挑坎段的水面线、挑射水舌挑距及其下游河床冲刷特性和计算方法进行探讨,并进一步补充了差动式挑坎下游冲刷影响系数与其体型和泄流水力参数的关系。研究成果与水力模型试验结果较吻合,可供类似工程设计和运行参考。     

燕尾坎在忠玉水电站高拱坝表孔上应用研究

为了探究燕尾坎是否可应用于高拱坝表孔,采用1∶80整体水工模型和三维湍流数值计算方法对燕尾坎在忠玉水电站高拱坝表孔上的适用性问题开展了研究,获得了典型工况下燕尾坎挑流水舌形态,并对比了常规连续挑坎与燕尾坎挑坎内的水流形态和流速分布。来流条件相同时,下泄水流经过燕尾坎镂空开口时,在重力作用下铅直方向流速变大。燕尾坎挑坎出口断面水平方向流速值略小于常规挑坎,但铅直向下流速值是常规挑坎的3—5倍。水舌的最近挑距大幅减小,最远挑距略有减小,纵向长度变大,从而形成纵向拉伸水舌。忠玉水电站拱坝表孔采用燕尾坎挑流,可在纵向拉长水舌,避免集中入水;通过调整开口范围和宽度做到下泄流量沿入水范围均匀分布,从而大幅降低水垫塘冲击压强。     

桃源河水库溢洪道体型优化试验研究

通过对桃源河水库工程进行水工模型试验,验证溢洪道布置方式的合理性和优化的可能性.溢洪道采用挑流消能方式进行泄洪.受坝址选择的影响,溢洪道位于河流弯道上,为了使得挑流水舌落入河道,初步考虑采用右边墙偏转4°的方案,试验结果表明,挑流水舌入水点偏向右岸河道,随着下泄流量不断增大,水舌入水点逐渐向右岸山坡偏移,在河道右侧形成...     

开敞式变坡溢洪道消能工数值计算分析

采用紊流模型，VOF方法对三孔泄洪工况下，溢洪道全程流场进行了水气二相流三维数值模拟。特别在上游水库进口断面上自编程序使用了水位边界条件，计算得到校核水位下溢洪道沿程一系列水力要素，把溢洪道中心线压强、侧墙水面线以及水舌挑距与相应的模型实测值进行了验证。在此基础上,对收缩段水流冲击波，水舌入水宽度，入水角度、流速分布等水力特征进行了分析讨论。研究表明：三孔同时泄洪，在收缩段会出现较强的M型冲击波，随后在直段发展为◇型波；数值计算对于水舌入水宽度和入水角的模拟欠佳。     

窄缝挑坎水面线及水舌挑距的试验研究

考虑到窄缝收缩段的急流水力特性,在试验分析的基础上,提出了计算窄缝挑坎水面线的简化方法。同时通过对窄缝挑坎射流特性的分析,本文给出了确定窄缝挑流水舌挑距的估算方法。     

A STUDY ON THE FLOW BEHAVIOR OF AN AXISYMMETRIC LAMINAR JET

It is of great practical and theoretical importance to study the properties and flowbehavior of laminar jet,because it tightly links the physical phenomena of nonlinerity such asflow stability and transition and so forth.However,many problems and differences exist in ba-sic concepts and in understanding of stable and transitional properties and flow patterns of ax-isymmetric laminar jet.Therefore,a further study on this subject is needed to evaluate the exist-ing understandings and to find out the mechanism governing the behavior of actual axisymmetriclaminar jet flow.In this thesis,the flow behavior of axisymmetric laminar jet issuing from nozzles of severaldiameters in the direction of gravity was studied experimentally using flow visualization tech-nique in the range of Reynolds number from tens to thousands.The unstable and transitionalprocesses in the laminar jet were observed.The influence on the jet flow of different geometrycontours of jet chamber boundary was investigated.Some new flow phenomena were discoveredwhich gave deeper understanding of flow patterns and their dependent factors in low Reynoldsnumber axisymmetric laminar jet.A theoretical model to describe the variation of the axisym-metric laminar jet length influenced by the weak density difference is proposed based on the ex-perimental observation,which will be helpful in recognizing the flow behavior of axisymmetriclaminar jet of low Reynolds numbers.     

黄羊河水库输水洞改建工程明流段体型研究

黄羊河水库输水洞在运行中明流段水流脱离底面而抛出泄槽,水力学模型试验反演了这种水流现象.理论分析表明,原因是渥奇面太"瘦",简单地加"肥"渥奇面,工程量过大,不满足工程需要.根据俯冲射流原理提出改建方案,改建工程量较小,水力学模型试验表明改建方案水力特性良好,成功地解决了该工程存在的水力学问题.     

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。     

黄河潼关河段1996～2002年射流清淤效果分析

概述了潼关河段1996～2002年射流清淤的基本情况,重点分析了清淤效果。实践证明,潼关河段射流清淤每条船平均每小时冲起泥沙数量约400m^3;清淤对河道形态有明显的调整作用,使散乱的河势变得较为归顺,水流相对集中,从而提高了大河的挟沙能力;减少了潼关至古夺河段的淤积量;增加了汛期潼关高程的下降值。因此,在当前不利的水沙条件下,射流清淤对潼关高程迅速上升起到明显的抑制作用。     

STUDY ON JETS IMPACT IN AIR FOR ENERGY DISSIPATION

1.　 INTRODUCTIONChina is a country rich in hydropower resources.With the developmentof the Chineseeconomy,many large-scale hydroelectric stations with high dams are being built or will bebuilt in the country,especially in the southwest region of China.Mostof which are locatedin the areas with high mountains and narrow valleys. The characteristics of these projectsare high water head,heavy discharge and narrow valleys.If flood discharge and energydissipation is nottreated properly,seriou…     

高喷灌浆技术在福安垸管涌治理中的应用

以福安垸为例，探讨高喷灌浆技术在管涌治理中的应用。在研究工程水文地质和工程地质的基础上，确定施工方案和质量控制措施，质检结果表明，高喷灌浆应用在老管涌险情治理中效果显著，供类似工程借鉴。     

水电站机组冷却供水射流系流场模拟及性能预测

本文应用雷诺方程及ｋ－ε模型对水电站机组冷却供水的调节和非调节式液体射流泵流场进行了数值模拟，并导出了调节式液体射流泵基本方程及其简化计算公式，通过试验资料进行了初步验证．     

射流冲刷试验研究(之二)

根据室内试验结果 ,建立了一个能够统一表达圆形喷嘴和矩形喷嘴射流强度的公式 ,建立了由射流产生的冲刷坑的几何尺度与射流强度间的关系。对试验中发生的喷嘴临界提升高度从理论上分析了存在的合理性。依据分析建立的喷嘴在临界提升高度和最大提升高度之间的冲刷坑尺度与射流强度、倾角和提升高度间的关系能够较好地描述试验结果。     

LARGE EDDY SIMULATION OF THE INTERACTION BETWEEN WALL JET AND OFFSET JET

The interaction between a plane wall jet and a parallel offset jet is studied through the Large Eddy Simulation (LES).In order to compare with the related experimental data,the offset ratio is set to be 1.0 and the Reynolds number Re is 1.0×10 4 with respect to the jet height L and the exit velocity 0 U.The Finite Volume Method (FVM) with orthogonal-mesh (6.17×10 6 nodes) is used to discretize governing equations.The large eddies are obtained directly,while the small eddies are simulated by using the Dynamic Smagorinsky-Lily Model (DSLM) and the Dynamic Kinetic energy Subgrid-scale Model (DKSM).Comparisons between computational results and experimental data show that the DKSM is especially effective in predicting the mean stream-wise velocity,the half-width of the velocity and the decay of the maximum velocity.The variations of the mean stream-wise velocity and the turbulent intensity at several positions are also obtained,and their distributions agree well with the measurements.The further analysis of dilute characteristics focuses on the tracer concentration,such as the distributions of the concentration (i.e.,0 C /C or /m C C),the boundary layer thickness δ c and the half-width of the concentration c b,the decay of the maximum concentration (0 /m C C) along the downstream direction.The turbulence mechanism is also analyzed in some aspects,such as the coherent structure,the correlation function and the Probability Density Function (PDF) of the fluctuating velocity.The results show that the interaction between the two jets is strong near the jet exit and they are fully merged after a certain distance.     

射流冲刷试验研究

为研究影响射流冲刷的因素，作者进行了７０组试验，分别研究了单管和多管，水平和有入射角，贴底和离开床面，静水和动水等情况。对试验结果的分析表明，在床沙一定、河流流速与射流流速相比不大的情况下，冲刷坑的几何尺寸与Ｖ＾２／３Ｄ＾５／６有较好的关系。