不同水头与流量条件下堤防梯形决口水流特性数值模拟

本文对有矩形障碍物的溃坝算例进行模拟验证,将FLOW-3D计算的速度场结果与FLUENT、Wang的结果进行对比,三者结果基本一致,验证了Flow-3D软件用于堤防决口三维数值模拟的可行性.采用某实际河道堤防简化建模,建立了在决口口门形状、尺寸一定的条件下,上游不同水头、不同流量工况下的堤防决口三维数值模拟.分析结果表明:不同水头、不同流量作用下决口较大的流速平面分布主要分布在决口上游进口左侧发生水跌处.因此,在进行决口封堵时,应注意预先做好决口上游侧的裹头处理,防止在封堵的过程中因流速过大导致溃口口门扩宽;在选取封堵材料时,也可根据溃口处流速分布来选择相应的封堵料粒径.     

基于Flow-3D的陡坡弯道水流三维数值模拟

弯道急流有其独特的冲击波现象,流态极其复杂,为研究弯道对急流的影响和提出改善措施增添了困难。采用RNG k-ε双方程紊流模型和VOF法,以某工程溢洪道为依托,利用Flow-3D软件,对陡坡弯道段的急流进行了三维数值模拟,通过物理模型试验数据的验证,显示数值模拟结果的正确性。通过计算结果,分析了陡坡弯道对急流流态的影响,提出了导流墙法的弯道急流优化方案,通过物理模型进一步证明,采用导流墙法可有效改善急流弯道水流流态,表明借助Flow-3D软件对弯道水流进行三维数值模拟是可行的。     

基于SAP2000的透水桩坝内力分析模型实现

黄河下游河势游荡多变,混凝土桩坝结构布置灵活,具有坝前抗冲刷,坝后落淤造滩相结合的特点,在黄河下游河道整治工程中得到广泛应用.本文针对近年来黄河下游河道运行特点,采用S A P2000软件弹性地基梁模型对不同工况条件下混凝土管桩桩坝桩身内力位移进行计算,与以往分析采用的FL AC3D、理正等数值计算软件计算结果进行对比...     

基于生态学与水力学的水电站鱼道进口位置优化研究

为了合理布置鱼道进口,基于生态学与水力学理论和数值模拟方法,计算了某大型水电站下 游河道流场分布情况,结合过鱼对象的游泳能力和生活习性,划分了适宜布置鱼道进口的河道区域。 结果表明: 尾水渠内流态较为复杂,存在不同程度的环流或横向回流。随着机组增加,下游河道断 面流速增大,最大值可达 1. 4 m /s,但左岸位置始终存在低流速带,有利于布置鱼道进口。不同机 组组合发电运行工况下,下游河道流速分布与量值存在较大差异,需要布置 4 个鱼道进口以适应 不同运行工况。通过加设不透水丁坝的河道整治方案,左岸岸边流场得到改善,鱼类适宜聚集区 域得到集中,从而将鱼道进口布置数量优化为 3 个。研究思路和优化方法可为鱼道工程进口布置 提供参考。     

基于Flow-3D的圆柱形桥墩局部冲刷大涡模拟

为预测圆柱形桥墩周围的局部冲刷坑形态和最大冲坑深度,基于Flow-3D软件的水动力学模块和泥沙输运模块对桥墩附近局部冲刷进行了三维数值模拟。以Melville冲刷试验为原型,采用LES大涡模拟方法,模拟了桥墩附近湍流流场。以床面瞬时切应力作为泥沙起动、输移条件,采用Van Rijn输沙率公式计算床面冲淤。采用FAVOR技术追踪河床形态变化,得到了桥墩附近局部冲刷形态。经实测资料验证,计算结果与模型实测的冲坑形态及最大冲坑深度基本吻合。     

丁坝群附近流场及局部冲刷的三维数值模拟

为探索丁坝群附近水流流场,揭示其局部冲刷的形成机理,该文采用Flow-3d软件,选取RNG k-ε湍流模型和以希尔兹(Shields)数为基础的泥沙推移质输沙率模型对上挑丁坝群的周围流场分布和局部冲刷进行了三维数值模拟。研究发现,丁坝群间涡系结构复杂,第一座丁坝坝头处有一对反向的旋涡和下潜水流,切应力达到最大值,使得该位置有较大冲刷坑发生,解释了冲刷机理。冲刷坑的模拟深度和范围与实验结果吻合较好,表明该模型可以用于丁坝群及相关河道整治工程的流场和冲刷坑计算。     

Y型河道水流交汇对溢流坝泄洪影响的数值模拟研究

Y型河道是一种特殊形式的河道,由于地形地质的原因避免不了在Y河道下游修建溢流坝。本文主要根据Y型河道下游溢流坝水力学研究模型为例,采用数值计算软件Flow-3D建立数学模型进行计算。对溢流坝泄洪进行数值模拟,主要分析溢流坝泄洪流态、闸孔流速、下游挑距、下游河道流速等。结果表明:水舌挑流均匀的分布在河道中央,对两岸河道冲刷影响较小,1#、2#闸孔流速分布规律相同且最大流速为8.8 m/s,而下游河道最大流速为28.0 m/s且集中在河道中央,受Y型河道水流交汇的影响,水流在交汇处能量巨大,对下游河道中央冲刷影响较大,建议在此类河道中设置消能坎。     

南四湖特大桥防洪评价的数值模拟

利用DHI mike21软件,建立二维非恒定流水力学数学模型,分别计算建桥前后两种工况下工程区域内的整体流场分布,论证南四湖特大桥工程建设对河道行洪的影响。     

城市河道生态护岸稳定分析及应用

生态护岸设计对城市可持续发展起着至关重要的作用。基于城市河道护岸需注意事项,研究总结常见护岸结构及其适用条件,结合太平巷河道整治工程特点,选用浆砌石挡墙结构,分别采用刚体极限法和强度折减法进行岸坡稳定分析,同时计算该河道行船条件。综合分析知:不同计算工况下,采用刚体极限法计算所得安全系数均比强度折减法计算所得较小,偏于安全;本工程选用护岸结构合理。可为其他类似城市河道护岸设计提供参考依据。     

基于Flow-3D的东安工程桩坝冲刷数值模拟研究

透水桩坝因其独特的缓流落淤效果而在黄河流域得到广泛应用,其作为不抢险建筑物设计,但在多年的运行过程中,黄河下游复杂的冲淤情况使透水桩坝出现了不同程度的磨损、位移,东安工程甚至还发生了桩排倒塌.为厘清透水桩坝出险原因,利用Flow-3D软件对东安工程分别进行入流角度为45°、60°、90°的冲刷数值模拟,结合工程现场采用...     

库区边坡稳定性及滑坡分析

基于刚体极限平衡法和PLAXIS3D有限元软件,以该库岸边坡工程地质横断面为研究对象,进行公路边坡稳定性计算。得到不同工况条件下坡体位移场、塑性区的变化特征。研究表明边坡在天然工况下处于稳定状态,暴雨工况下土体含水率增大,导致边坡变形增大近一倍。且强降雨后边坡滑动面的范围显著增大,库岸边坡整体处于不稳定状态,存在进一步向下滑坡的风险。     

傍河污染地下水立体循环修复数值模拟

为了解决傍河地下水污染问题,在通州某水系新建傍河污染地下水立体循环修复示范工程。利用GMS软件中的Modflow模块和RT3D模块建立地下水流-溶质运移耦合模型,预测不同工况下地下水水质修复效果。模拟显示:在开挖河道不减渗立体循环水量10 000m3/d的工况下,10年后其沿岸地下水氨氮质量浓度由Ⅴ类降到Ⅲ类,局部为Ⅱ类;在减渗条件下,自然入渗量仅为2 000m3/d,无法形成地下水立体循环,10年后其沿岸地下水氨氮质量浓度为Ⅳ类,局部仍为Ⅴ类。因此,开挖河道河床不采用黏土减渗,傍河污染地下水抽出-自然入渗可形成立体循环,水质修复效果显著。     

基于CFX的离心泵内部流场三维数值模拟

基于三维不可压缩流体的N-S方程和标准k-ε湍流模型,采用隐式修正SIMPLE算法,利用CFX软件,对离心泵装置进行全流场三维数值模拟,共计算额定转速下30～80 m3/h流量范围内8个工况点。对比分析小流量工况、设计工况和大流量工况下泵装置流态和压力分布,并分析叶片表面静压,揭示内部流动规律,所得结果对预测水力性能,提高水泵效率及进一步结构优化具有重要的参考价值。     

不同位置与朝向的鱼道进口水流特性研究

通过改变鱼道进口的不同朝向、鱼道进口与电站的相对距离,提出3种鱼道进口布置方式,并利用Flow-3D计算流体软件对这3种布置方式进行三维数值模拟。结果表明,相对于开口朝向与河道主流平行的进口C、F,开启开口朝向与河道主流垂直的鱼道进口B、E能够形成更大范围的目标鱼类偏好流速区域以及适合鱼类上溯的低紊动区域;距离电站尾水闸门较远的鱼道进口B、E能够形成范围更大的诱鱼水流,同时在其下游处产生的不利于目标鱼类上溯的高紊动区域也相对较小;相比于布置于岸边的鱼道,布置于河道中的鱼道更能提高鱼道的过鱼效率。该研究可为以后鱼道进口的布置提供理论依据。     

严家港泵闸新建工程闸下及通江口门三维水流数学模型计算研究

为合理选择严家港泵闸工程闸下及通江口门消能防冲建筑物的尺寸以及最佳的技术方案,根据闸址和泵闸平面布置,采用DELFT3D软件建立三维水动力数学模型,配合物模试验,分析不同排水工况下闸内外侧的最大水位差、过闸流量,以及平面和垂向上的流场分布情况,复核闸门的消能防冲。     

S型河道对溢流坝挑流水力特性影响研究

针对弯道水流中的S型弯道水流对溢流坝挑流的水力特性的影响进行研究,通过Flow-3d软件对S型弯道处溢流坝的挑流进行数值模拟。结果表明,右岸比左岸的流速、挑距、河道压强变化较明显、差异性大,这将影响下游河道的左右岸地形发生不对称式变化,对河道两岸及坝体稳定不利,因此避免在S型弯道处修建大坝。     

分汊河道分流比对河道水流流态影响分析

结合曹继文关于明渠岸边横向取水的水槽试验成果,应用RNG紊流模型,采用两种自由表面处理方法即刚盖假定和VOF法,对分汉河道不同分流比工况下的水流运动进行三维数值模拟。通过数值模拟计算,得出不同表面处理方法下分汉河道不同分流比工况下的流速分布、水流特性等结果,分流比对分流宽度影响较为明显。     

弯曲河道型库岸滑坡涌浪传播及其与大坝的相互作用

库岸滑坡是一种常见地质灾害,如果无法及时预测而出现下滑,则滑坡入库后很可能诱发涌浪,危及河道交通或附近水利设施安全。以弯曲型河道滑坡入库诱发涌浪为研究对象,基于Flow-3D模拟弯曲河道型库岸滑坡涌浪传播过程及其与下游水利设施——大坝相互作用。为了检验水工物理模型试验的有效性和精度,在相关库岸滑坡涌浪研究基础上构建了三维滑坡涌浪数值模型。研究表明：三维数值模拟和水工物理模型试验结果吻合较好,主要体现在涌浪水面高度变化和传播过程。同时,分析不同水深和下滑坡角条件下大坝和滑坡涌浪相互作用过程,得出最危险的水深条件和入射角度,通过工程实例验证分析得出最大动水头小于涌浪高度水头且沿水深有一定程度的折减,则采用最大涌浪爬高水位静力方法计算分析坝体应力,其结果偏安全。     

溢流坝泄洪闸门间隔开启方式数值模拟研究

溢流坝作为一种典型的水利工程结构,其主要功能在于有效调控上游与下游的水位平衡。研究以一系列详实的物理模型试验数据为依托,采用CAD软件构建三维模型,并将其导入Flow-3D计算平台进行数值模拟。通过细致的模型调整和验证流程,选取合适的数学方程来执行模拟任务,对数值模拟结果与物理模型试验数据进行对比分析,从而验证所选用的数学模型及计算软件的准确性与合理性。在确保模型有效性的基础上,研究进一步探讨了在额定流量Q=600m³/s的条件下,通过调整闸门开启间隔,对溢流坝的运行效率和下游河道的影响。研究结果表明,最优的闸门开启策略为开启2号、3号和5号闸门。在这种配置下,堰面的水流状态保持相对稳定,下游河道的流速得到有效控制,同时泄流消能效率得到显著提升。此外,这种开启方式对下游河段的冲刷影响降至最低,从而确保了水利工程的安全运行和下游生态环境的可持续性。     

V形河谷滑坡最大冲击波面高度估计

提出一种计算V形河谷滑坡冲击波浪最大波面高度的经验公式。运用Flow-3D软件建立V形河谷滑坡冲击波浪传播的数值模型,开展96种工况的数值模拟试验,分析滑坡体的入水速度、入水体积、水下滑行时长以及滑坡角度和对岸爬坡角度对最大波浪高度的影响,并回归分析获得最大波面高度的拟合公式。新公式用于估计龚家坊滑坡产生的最大冲击波面高度,计算结果与物理模型试验值吻合。