浑水水力分离清水装置弱旋流场特性研究

浑水水力分离清水装置是在动态条件下利用水流自身的能量,从高含沙浓度的浑水中将水沙(包括极细沙和黏粒)分离,获取可供人们生活用的透明清水的取水装置。由于装置内部结构复杂,仅通过物理模型实验无法了解"装置"内部完整的流场特性。采用k-εRNG湍流模型和SMPLEC算法对"装置"内部三维速度场进行了数值模拟。根据计算结果详细分析了"装置"内径向、轴向以及切向速度分布特征,及其对"装置"内泥沙运动轨迹和水沙分离效率的影响。从清水流场特性出发,初步探讨了"装置"有效分离水沙并获得清水的机理,并为"装置"结构进一步优化提供参考。     

梭锥管混浊流体分离装置水沙两相流数值模拟

为了探明梭锥管内水沙分离的机理,在不同网格划分方案下,该文对梭锥管内的水沙两相流进行了静水沉降的数值模拟,并将计算结果与实测值进行了对比,选出了最优网格划分方案.在最优网格方案下,采用层流方程和简化的多相流Mixture模型,对梭锥管内部流场进行计算.计算结果表明:在锥圈上表面形成了“泥沙”流下沉,下表面“清水”流上升的小循环运动;作为泥沙沉降的重要边界,锥圈改变了泥沙的沉降方向,缩短了沉降距离,提高了水沙的分离效率;装置内存在水沙绕相邻锥圈形成的小循环流动和沿梭锥管边壁的清水流通道及中心的泥沙流通道做大循环的水沙流现象;两侧通道与锥圈上、下表面流速较大,其余区域流速较小.计算结果与试验结果基本一致,表明层流方程和Mixture模型耦合可以较好地模拟梭锥管内水沙两相流.     

水力自动滚筒闸门水动力特性数值模拟

本文对水力自动滚筒闸门的水力特性进行了研究,利用RNGk-ε湍流模型对圆筒闸体绕流流场进行了模拟,并对自由水面引入了水—气两相流分层理论中的流体体积分数法(VOF)迭代求解。通过数值模拟,得到不同时刻计算域内的相体积分布、圆筒闸体附近速度场、压力场以及各工况的荷载,并与模型试验实测结果进行对比分析,两者吻合较好。说明VOF法可以在圆筒闸体绕流流场自由表面的计算中应用。     

挟沙水流泥沙浓度分布的试验研究

通过挟沙水流泥沙浓度分布的试验，研究泥沙浓度和紊动强度沿垂线的分布之间的内在联系，试验结果表明泥沙浓度和紊动强度沿垂线的分布一致性较好，建立了泥沙浓度和紊动强度沿垂线分布之间的关系式。分析了关系式中泥沙浓度、泥沙的中值粒径对系数K的影响，中值粒径的影响较泥沙浓度对系数K的影响大，系数K随中值粒径的减小明显减小。并在此基础上进一步建立了泥沙浓度与流速、流速梯度之间的关系式。     

浑水水力分离清水装置的流场数值模拟

对新型净水装置-浑水水力分享清水装置内部清水流场进行三给数值模拟。应用雷诺应力模型建立数学模型,采用有限体积法离散方程,运用SIMPLEC算法进行求解,初步得到浑水水力分享清水装置清水流场的颁规律。经分析发现,该装置内的流动是典型的三维非轴对称流场,其中的切向流速分布呈现出明显的强迫涡特征,其垂直面上,形成一内侧向下、外侧向上的环形流动。同时,通过与试验结果进行对比,证明利用雷诺应力模型可以有效模拟装置内的清水流场。     

泄洪洞旋流阻塞消能的数值模拟

运用标准κ-ε模型、RNGκ-ε模型、Realizableκ-ε模型、标准κ-ω模型,并结合VOF法对公伯峡水电站右岸泄洪洞的水流进行数值模拟,利用原型观测资料对计算结果进行对比验证,结果表明RNGκ-ε模型的模拟结果与原型观测资料最为接近。在此基础上,把原泄洪洞的旋流洞及其后段简化为直洞并在直洞不同位置布置阻塞,然后应用RNGκ-ε模型对其内部水流进行数值模拟,通过比较消能率、沿程压力及流场空化数分布,得出阻塞最佳布置位置,并给出最佳位置下水流的湍流特性。     

基于滴灌浑水水力分离装置的水沙分离试验研究

针对西北地区农业滴灌中河水泥沙含量高的问题,结合新疆玛纳斯河流域下游段泥沙资料及喷、滴灌灌区需水量的大小,分析了流量、河水浓度对浑水水力分离清水装置水沙分离效果的影响,对其首次应用于滴灌泥沙处理进行了试验研究。观测和分析各工况下进流量、进流浓度对溢流浓度、溢流中泥沙粒径分布及最大泥沙粒径和底孔浓度的影响规律。结果表明:浑水水力分离清水装置完全可以代替沉沙池加滤网的旧模式处理泥沙以满足滴灌用水的规范要求。     

“浑水水力分离清水装置”三维流场数值模拟

应用雷诺应力模型对"浑水水力分离清水装置"内部清水流场的分布规律进行了三维数值模拟,控制方程的离散采用控制容积积分法,应用SlMPLEC算法进行求解.结果表明:该装置内存在一绕中心旋转的偏心涡旋,切向流速分布呈现出明显的强迫涡特征;在重力区,该装置内侧轴向流速随z的增加而减小,并且逐渐呈现出向下轴向流速区;在锥体区,随着水流接近锥底,向下的轴向流速逐渐增大,而向上的轴向流速逐渐减小.     

混流式水轮机蜗壳与座环三维中湍流场的数值模拟

用数值方法研究混流式水轮机引水元件内部流场是优化其设计的一个重要手段。本文基于Navier-Stokes方程和标准的κ-ε紊流模型,采用贴体坐标和交错网格系统,用SIMPLEC算法对一模型机组的蜗壳、座环和导叶进行了联合计算,通过对不同工况下其内部三维湍流流场计算结果的分析,为改进和优化混流式水轮机引水元件的设计提供了一些有益的参考资料。     

悬沙淤积问题的湍流液固两相流动的数值模拟

本文从湍流两相流动基本理论出发，建立了挟沙水流的湍流液固两相流动的时均方程组和封闭模型．结合实际工程建立了定常悬沙淤积的二维水深平均的全场模型以及准三维模型．数值预报与潮汐水流物模试验比较表明：二维水深平均的全场模型模拟所得回流区内旋涡外缘的悬沙淤积量大于涡心处的悬沙淤积量，这一数值预报结果与物模试验结果不符，说明二维水深平均全场模型不适宜于预报悬沙淤积；准三维模型模拟所得回流区涡心处的悬沙淤积量大于旋涡外缘处悬沙淤积量而且回流区中的悬沙淤积厚度的数值预报结果与物模试验结果比较接近，这说明准三维模型用来预报回流区的悬沙淤积是可行的．     

浑水水力分离清水装置柱体高度对流场影响的数值模拟研究

基于Fluent软件对浑水水力分离清水装置的流速场进行数值模拟,分析了柱体高度对装置速度场的影响。结果表明:随着柱体区高度的增加,切向速度衰减,无法产生1 cm.s–1数量级的切向速度,并使得正向轴向流速增加,不利于泥沙沉降。当柱体区高度较小时,中心轴线两侧均存在明显的循环涡流,产生的回流将会降低泥沙颗粒向装置顶部清水溢出口流动的可能性,其径向速度数量级非常小,无明显特点。为了在装置内形成良好的弱旋流场,装置高度不宜过高,建议径高比在0.7～0.8之间。     

长距离无压引水隧洞水气两相流数值模拟

采用计算流体力学软件STAR-CD的水气两相流耦合VOF法的三维标准k-ε紊流模型对长距离无压引水隧洞进行了模拟计算。计算中引入考虑糙率影响的壁面函数,并用PLIC方法对水气交界面进行了重构。通过与引额济乌一期工程尾部调节水库泄水洞模型试验结果的对比表明,计算结果与实测数据基本吻合,说明所采用的数学模型是可行的。应用此模型对新疆八十一大坂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,并分析了隧洞沿程过     

不同进流浓度梭锥管水沙两相流场三维数值模拟

为了获得全面详细的梭锥管内部流动特性,本文探讨进流浓度对梭锥管内水沙分离效果的影响,据此来揭示梭锥管水力分离水沙的机理。本文采用重整化RNG(renormalization group)紊流模型与简化的多相流Mixture模型在泥沙浓度为5和15 kg/m3时对梭锥管内水沙两相流场进行了三维的数值模拟计算。并将计算结果与PIV测量结果进行对比,计算结果与PIV测试结果一致。结果表明:在进流量相同时随着进流浓度的增加,在上锥管边壁清水上升通道内速度增加,水流挟沙力增强,随水流溢出的泥沙量增多,并且随着进流浓度的增加梭锥管各个断面泥沙体积浓度及紊动强度值也随之增加,上锥管得到的清水面积也随之减小,不利于梭锥管内水沙分离。     

Large-eddy simulation of suspended sediment transport in turbulent channel flow

The numerical simulation of the non-cohesive sediment transport in a turbulent channel flow with a high concentration is a challenging but practical task. A modified coherent dynamic eddy model of the Large Eddy Simulation (LES) with a pick-up function is used in the present study to simulate the sediment erosion and the deposition in a turbulent channel flow. The rough wall model is used instead of the LES with the near-wall resolution to obtain the reasonable turbulent flow characteristics while avoiding the high costs in the computation. Good results are obtained, and are used to analyze the sediment transport properties. The results show that the streamwise vortices play an important role in the riverbed erosion and the sediment pick-up, which may serve as guidelines for the sediment management and the water environment protection engineering.     

水平方管内固液两相流运动特性数值模拟

将周力行建立的k-ε-kp两相湍流模型引入固液两相流的研究中，对水平方管内挟沙 水流固液两相的时均特性、脉动特性以及颗粒密度分布进行了数值模拟。将计算结果与k-ε-Ap模型、动理论计算结果以及物理模型试验观测结果进行了比较，发现k-ε-k p模型数值计算和物理模型试验观测结果的一致性较好；和kεAp模型相比，由于考虑了颗粒相的湍动特性在固液两相流中的作用，k-ε-k-p两相湍流模型可以得到颗粒的脉动速度分布；和动理论相比，k-ε-kp模型无法准确地预测固相的垂向脉动速度，需要引入各向异性的两相流模型。     

水—沙两相流的激光多普勒分相测量和试验研究

探讨泥抄颗粒在水流中的悬浮运动机理和水、沙两相之间的相互作用，首先需要分别了解水流和泥沙颗粒的运动特性及相互关系。因此，怎样分相观测水流和泥抄颗粒的运动参数成为泥沙运动基本理论研兜的一十重要问题。本文集中介绍了利用激光多普勒技术分相测量水流和泥沙运动参数的基本原理和方法．以及利用常见的一维激光器(无声光频移)测量水流和颗粒垂向(垂直于水流运动方向)脉动速度的实验方法。使用该技术对水平方管内的水一沙两相流运动进行了试验观测，给出了两相速度、纵向及垂向湍流度，以及泥沙浓度的测量结果。     

分岔管道三维湍流水力特性数值模拟

建立了分岔管道水动力学的计算模型,求解三维贴体坐标系下水流控制方程。计算中采用修正的k-ε湍流模型,应用有限体积法离散方程,物理变量采用同位网格布置,控制体表面上各变量的值用界面动量插值法计算,速度-压力耦合计算采用SIMPLEC算法。本文应用该数值模型模拟了三维弯道水流的水力特性,并与模型试验实测值进行了比较,结果吻合较好。最后应用该数值模型预测了35°分岔管道连接区域三种流动情况的水力特性。     

突扩突缩式内流消能工的数值模拟研究

本文采用轴对称k～ε紊流模型对收缩比0.4～0.7的突扩突缩式内流消能工进行数值模拟研究。用PISO方法来解决速度场和压力场的耦合问题，得到了消能区压力特性、流场特性和紊动能耗散率等分布规律，详细地分析了收缩比对消能及空化特性的影响。计算的压力分布、回流区长度与试验结果吻合良好。分析了突缩比ζ和收缩段相对长度η对消能的影响。研究表明，与孔板式消能工比较，洞塞式消能工能够显著增加消能率并具有良好的抗空化性能，同时，显示了数值研究省时、节约经费和直观的优越性。