Y形交汇口水面形态特征的数值分析

明渠交汇水流在交汇口处呈现出特有的水面形态特征.针对Y形明渠交汇口的水面形态特征,应用三维各向异性的雷诺应力模型,采用交错网格上的有限体积法离散控制方程,用SIMPLE算法对压力～速度场求解.数值计算结果与物理模型试验结果吻合较好,并据此重点探讨了交汇角、汇流比与描述水面形态特征的参数之间的关系,提出上下游水深比与交汇角、汇流比的函数关系.     

交汇口支流水动力特性数值模拟研究

城市水工建筑物多建于穿城而过的小型支流中,有着为城市防洪抗旱,美化城市水环境等重要作用。运用RNG k-ε紊流模型对明渠小型支流河口进行了数值模拟,采用VOF方法处理自由表面,分析了与大型河流交汇处不同形态小型支流的水位、流速、紊动能耗散率和床面剪切力等水流特性。结果表明:支流流量和支流上游河道走向是引起水流特性改变的重要因素。研究成果可为城市汇流口小型支流河道水工建筑物的设计建造、河道整治提供参考。     

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。     

生态放水洞水力特性三维数值模拟

采用气液两相流混合模型,辅以标准k-ε紊流模型封闭时均方程组,利用VOF(Volume of fluid)法捕捉自由水面,速度与压力耦合方程组求解时使用半隐式SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)算法,对某水电站生态放水洞进行数值模拟,得到不同水位下满足泄量的开度,并得到不同水位的流量、流态、流线、流速和压强的分布规律。数值模拟结果与模型试验成果符合较好,进一步验证了设计闸门孔口尺寸的合理性,对工程应用提供参考依据,并具有实际意义。     

等宽明渠交汇口流速分布特性数值模拟

明渠水流的交汇现象在涉水工程中十分常见,其中交汇口流速的分布特性复杂,对渠道的设计与维护有着直接的影响。针对明渠交汇流的流速分布特性,基于雷诺方程模型（RSM）与体积函数法（VOF）建立等宽明渠交汇流三维数值模型,结合物理试验数据进行模型验证,对不同交汇角与流量比组合工况进行模拟研究,对交汇口水流流速的分布特性进行分析。计算结果表明,交汇口流速存在分区特征,交汇口内流线弯曲流速偏转,下游会出现回流结构与断面环流现象。当交汇角增大时,水流的偏转幅度更大,回流结构与环流现象增强,分区特征更明显,渠道边壁受到的水体冲击更大;当流量比增大时,主渠水体受到的挤压效应减弱,流速分区特征受到抑制,水流交汇更平顺,边壁受到的冲刷更少。     

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。     

部分冰盖下水流水力特性数值模拟

运用Fluent软件建立雷诺应力模型,模拟不同冰盖覆盖度下恒定均匀流流场,从纵向时均流速、二次流、雷诺应力、紊动能等方面揭示部分冰盖下水流的水力特性。结果表明：岸冰的形成会导致冰盖下水流在断面上重新分配,明流区流速增大,冰盖下流速减小;横向动量交换产生复杂的二次流结构,涡体形状、数量、大小和位置随着冰盖覆盖度的增加而变化;雷诺应力断面分布较复杂,冰盖附近区域雷诺应力为负值,负值区范围与冰盖覆盖度密切相关,并凸向明流区;冰盖、边壁和床面的粗糙度不同导致紊动能在断面上的分布呈现出明显的差异,冰盖区紊动能大于明流区的值,反映出岸冰对冰盖下水流结构影响的复杂性。     

双线船闸引航道水力特性数值模拟

长沙综合枢纽双线船闸共用引航道,船闸引用流量大,在灌、泄水时引航道内形成非恒定流,水流十分复杂.为确保引航道内船舶航行和停泊安全,采用三维数学模型对船闸最不利运行工况下引航道内复杂非恒定流进行了深入研究,分析了复杂水流形成机理、发展和传播过程,获得了不利工况下的波高、波速、比降和系缆力等水力要素,提出并研究了双线船闸错峰运行和增加船闸旁侧泄水等改善措施,有效改善了引航道内水流条件.研究成果已应用于依托工程中,船闸试运行表明研究提出的改善措施十分有效,该成果可供类似工程参考借鉴.     

岩体水力劈裂数值模拟研究进展

水力劈裂是岩体渗流-应力耦合研究的重要方面,涉及水电工程建设、石油开采、矿井突水防治、核废料地下处置、地下污染物运移、地应力测量等众多领域.介绍了水力劈裂模拟的PKN模型和KGD模型.模拟岩体水力劈裂的数值方法可分为连续变形数值方法和非连续变形数值方法,对连续变形数值方法的有限单元法、边界元法,以及非连续变形数值方法的流形元法、无单元法进行了分析.提出应进一步加强对岩体水力劈裂数值模拟在非线性、数值方法耦合、参数化等方面的研究.     

井筒式泵装置水力特性数值模拟

基于k-ε紊流模型和雷诺时均N-S方程,运用商用CFD软件,对井筒式泵装置进行了三维流动数值仿真计算。通过对性能曲线的分析,发现设计工况下,进水管直径较大时效率较高。对比进出水损失发现,进水损失随着流量增大而增大,出水损失随着流量增大先减后增。通过分析VX云图和流线图,发现进口管直径较小时,流速较大,形成的漩涡也较大,漩涡区域涡量为大管径时的2倍以上。对叶轮进口断面轴向流速分布均匀度的分析,得到进水管较大时,叶轮进口的流速均匀度较高,但在流量超过330L/s的工况下差异不明显。从喇叭管进口断面平均涡量的计算分析中,得到喇叭管进口断面平均涡量随着流量增大而增大,且进水管直径较大时,平均涡量小,减小超过20%。     

黑龙江干流松花江汇口江段三维数值模拟研究

为了详细了解黑龙江干流松花江汇口河段的水流流场情况,采用三维数学模型方法对松花江汇口段进行模拟研究.并引进水气两相流的VOF模型,与k-ε模型结合的方法进行计算模拟.数值求解采用SIMPLE 算法的改进形式SIMPLEC算法.网格划分则采用了非结构化混合网格以增强对复杂边界的自适应性.     

水力自动滚筒闸门振动特性的数值模拟及试验研究

水力自动滚筒闸门在泥沙淤积的情况下开启自如,可有效利用洪水资源。为将这一构想应用于实践工程,本文在模型试验和理论分析的基础上,结合数值模拟,研究了水力自动滚筒闸门在动水压力作用下的振动特性分布规律。对试验中不同种类运行工况下圆筒闸体振动加速度、振动频率、振动位移等振动特性进行研究与分析。利用ANSYS力学分析软件对横置圆筒闸体进行三维建模。考虑振动等动力学特性,采用双向耦合分析以解决振动与大变形问题,采用有限单元法对瞬态控制方程进行离散。比较振动位移的模拟计算结果与试验所测定结果,其变化趋势基本吻合,均当圆筒顶部在水面线附近时简体的振动位移达到最大。筒体在动水压力作用下的最大位移主要发生在沿水流方向的筒顶位置,需要在运行中加以注意。上述结论对于研究、设计直至具体制造应用这一新型自控闸门提供了重要的理论与试验依据。     

长江下游黑沙洲水道水流特性数值模拟研究

黑沙洲水道为长江下游典型鹅头型分汊河道,2007年实施了黑沙洲水道航道整治一期工程,对其天然洲头部、南水道左槽、南水道心滩中下部等关键部位实施了守护,初步稳定了滩槽格局,改善了航道条件。但南水道心滩低矮,滩体束流作用不强,遇大水年航槽淤积,造成枯水期易出浅碍航。采用数学模型计算了不同流量下滩脊线加高、岸线崩退、左槽封堵3种工况的水流变化,并将其与天然情况进行对比,分析了出浅碍航的主要原因,提出了应对措施,可为二期工程方案的设计提供参考。     

基于数值试验的水轮机改造新方法

传统的水轮机改造方法是针对水电站水轮机中拟改造的过流部件和实际运行条件,采用类似新电站设计的多方案设计和模型试验进行性能对比来论证改造方案和验证设计,在水轮机改造过程中,因受到了已有流道的限制,其过流部件与新建电站的设计思路有很大的差异,根据水轮机改造中过流部件设计的特点,基于数字化设计与试验的思想,对全流道进行联合的三维粘性流动数值模拟,在数值模拟的基础上进行性能预测,以数值试验取代模型性能试验,提出一套基于数值试验的水轮机改造技术,并简介该技术在水电站水轮机改造中的实际应用情况。     

多裂隙岩体渗流特性数值模拟研究

为了研究在水力压裂作用下多裂隙岩体的渗流特性,本文采用岩石破裂过程RFPA数值分析系统和控制变量法,研究多裂隙岩体在不同裂隙角度、不同围压及轴压时,裂隙的扩展演化过程。模拟结果表明:随着岩体天然裂隙角度的增加,裂隙的萌生和扩展逐渐减弱;外界条件对水力压裂作用下裂纹的萌生和扩展是不可忽略的,其最大主应力控制着裂纹的扩展演化。     

猴子岩水电站深孔泄洪洞水力学试验及数值模拟

深孔泄洪洞是猴子岩水电站4套泄洪设施之一,其落差超过100m,洞内泄流流速最大可达22.5m/s,有高水头大流速这一特点。本文采用双方程紊流模型及基于水气两相流的VOF方法,对猴子岩深孔泄洪洞有压洞弯段及无压洞段的多种水力学要素进行三维数值模拟。数值模拟结果与1:25单体模型试验数据对比表明,采用该紊流模型与数值计算方法,能够很好地模拟这种高水头、大流量且带有自由表面的掺气水流的水力特性。计算模拟出的多种水力特性,从变化趋势到数值精度可满足水工设计的要求。     

T型连接井交汇水流数值模拟

A numerical simulation is made on Wangqingtuo T-junction Chamber, the confluence in the downstream junction chamber without outlet is analyzed, and then the impact of the direction of the inflow from reservoir on the flow pattern in the downstream triple-hole box culvert and the position of the full-uniform flow through the downstream cross-section is estimated as well. The study result can provide a reference for the similar project concerned.     

潮汐水域水力热力特性模拟及工程应用

结合可门电厂工程实际,采用数值模拟和物理模型试验相结合的方法,对电厂附近潮汐水域的水力热力特性进行了系统的研究。数值模拟和物理模型试验是分析温排水在受纳水域中扩散运移规律的有效方法,可以模拟电厂冷却水排放所产生的流速场、温度场,分析热量的影响范围、时间及强度,优化取排水口工程布置。     

重庆两江汇流水动力模型

本文分析了长江、嘉陵江汇流的来流条件和河道自身地形特点,以EFDC水动力模型为基础,建立了重庆两江汇流水动力模型。该模型利用坐标变换技术,平面采用正交贴体网格,垂向采用Sigma坐标,利用干湿点法描述河道干湿地的变化．并对比实测资料校核模型参数。对于汇流比对流场影响和滨江路对流场影响等的模拟结果,表明该模型可用于模拟和分析天然河流水动力场的分布以及变化结果,对于预测洪水、城市建设、航道管理等有重要意义。     

基于VOF模型的团山子溢流坝数值模拟

本文介绍了VOF 模型,结合k-ε紊流模型,利用Fluent软件数值求解了带自由水面的二维水流流动问题。以团山子水利枢纽为例,计算了溢流坝内水流流动特性,并将计算结果与实验数据进行对比,结果表明计算值与实测值吻合较好,说明VOF 模型能够精确地跟踪自由表面,可利用数值模拟对泄水建筑物设计方案比选,结合模型试验的方法,研究其水力特性。