基于流场数值模拟的导流堤加固方案优化设计

流态和流速分析是导流堤设计的先决问题。以某沿海水利枢纽导流堤为研究对象,采用有限元数值模拟的手段及平面二维水流数学模型,对其加长加固方案进行对比分析,优选出合理的导流堤结构型式和长度,为工程设计提供理论参考。     

湖底地形对风生流场影响的数值研究

本文利用三维水动力学模型，对定常风条件下，几种典型湖底地形浅水湖泊的风生流场进行了数值模拟，比较了几种典型地形的风生流的垂向平均流场与各分层流场的差异。结果表明：在风场等外部条件相同的情况下，湖底地形将决定湖泊风生流场的基本形态和环流流速，碟形底和斜形底的湖泊所形成的垂向平均流场有明显差异。湖底地形的变化对稳定状态的湖泊次表层、中间层和次底层流场有较大影响，而对表层流场影响不大。湖中有无岛屿将形成截然不同的两种风生流场。     

截面形状对局部马蹄涡影响的数值研究

马蹄涡是造成水工建筑局部冲刷的主要动力因素,削弱马蹄涡强度,可降低局部冲刷强度,提高相关结构物的安全性。该文针对直立柱体带自由表面流动,建立了三维数值模型。数值模型基于有限体积法(FVM),湍流模型采用二阶的k-?SST双方程模型。针对雷诺数为ReD=39000的圆柱绕流物理模型实验,验证了模型的模拟精度,进而开展了不同截面形状的柱体绕流数值模拟。该文旨在探讨截面形状对马蹄涡的影响,涉及马蹄涡的位置和强度,以及床面剪应力的分布随截面形状而发生的改变。分析总结合理的截面形状,以达到削弱局部马蹄涡的目的。     

湖底址形对风生流场影响的数值研究

本文利用三维水动力学模型，对定常风条件下，几种典型湖底地形浅水湖泊的风生流场进行了数值模拟，比较了几种典型地形的风生流的垂向平均流场与各分层流场的差异。结果表明：在风场等外部条件相同的情况下，湖底地形将决定湖泊风生流场的基本形态和环流流速，碟形底和斜形底的湖泊所形成的垂向平均流场有明显差异。湖底地形的变化对稳定状态的湖泊次表层、中间层和次底层流场有较大影响，而对表层流场影响不大。湖中有无岛屿将形成截然不同的两种风生流场。     

涌潮对钱塘江河道流场影响的三维数值模拟研究

利用实测的钱塘江地形数据建立了钱塘江三维河道的计算机几何模型,并根据已有的涨潮潮位等水文信息,采用VOF方法追踪模拟水和大气的自由交界表面,对钱塘江涌潮进行了三维非稳态数值模拟。数值模拟结果与不同时刻和不同测点所测得的水文数据的对比显示,模型能较好地模拟涨潮条件下河道内流场和潮位的变化。在此基础上进行了涌潮对河道内流场影响的规律的研究。     

水流掺气分期导流工程全流场三维数值模拟分析

文章综合漂移通量模型、卷气模型和紊流模型,三维数值模拟了某实际导流工程下泄水流局部掺气的影响。针对复杂地形条件的导流工程采用CATIA软件建立三维几何模型。然后对溢洪道水流局部掺气条件下的导流工程整体流场利用Tru VOF水流自由表面追踪法、卷气模块及RNG k-ε紊流模型进行了计算,从而揭示了水力参数压强、水位和流态的分布规律,通过对比分析数值模拟结果和物理模型试验验证了模型的可靠性。研究表明:数值模拟能够较为准确的计算上游围堰设计高程,在导流工程流场计算中具有较强的科学性和有效性;在三维流场中引入卷气模块较好的揭示了掺气范围、水流掺气浓度、压强及流速分布特征,可为其他类似工程的计算模拟提供一定参考价值。     

桥墩组交叉布置对河道流场影响的数值模拟研究

采用平面二维数学模型,对河道中不同的桥墩组布置组合进行数值模拟研究,分析不同的桥墩组组合对流场的影响。结果表明,新建桥墩和最靠近的一组桥墩对齐布置对水流的影响较小。     

导流板对海底管道绕流影响的数值模拟与试验研究

采用试验研究和数值模拟相结合的方法为对海底管道添加导流板后的绕流特性进行了研究。数值模型利用有限体积法进行离散,湍流模型采用标准kε湍流模型。通过对比分析,数值模拟结果与试验结果吻合较好。同时对不同间隙比下导流板对迎流面前驻点、流速分布、管道表面压力分布、升阻力系数及床面剪应力的影响进行了分析,为海底管道冲刷及防护技术的进一步研究奠定了基础。     

导流片型旋流场内油滴聚并影响因素研究

导流片型旋流器具有体积小、重量轻和效率高等优点,适用于井下以及海上平台等空间有限的场所。该文通过实验和数值模拟研究了导流片型旋流场中流量、油水界面张力、油相含率、油相黏度及油相粒度等因素对于离散相油滴聚并的影响。研究结果表明:随着流量增加,油滴聚并效果先增加后下降,当流量介于14 m³/h-16 m³/h之间时,可以使油滴聚并达到最佳的效果;提高油相含率能够增加大油滴的比例,同时也增加了小油滴的数量,因此在进行油水分离时排出的水相中会残留较多的油相;提高入口油相粒度和降低油相黏度,可以促进油滴的聚并;增大油水界面张力可以减小油滴破碎的概率,提高油水分离效率。这些研究结果对于导流片型旋流器的设计能起到一定的指导作用。     

等截面抗拔桩力学特性以及对支护结构影响规律研究

通过模拟等截面单桩抗拔的上拔过程,选择了合理的弹塑性接触面模型,得到Q-S曲线、侧摩阻力以及桩身轴力规律,并在此基础上结合实际工程开挖施工过程,在既有的现场测量地质详勘资料的基础上,建立隧道基坑开挖的三维地质模型,并通过有限单元三维数值模拟方法模拟隧道动态开挖全过程,研究了在复杂地质条件下的明挖浅埋隧道抗拔桩在施工过程中的作用,总结了开挖过程中抗拔桩的侧摩阻力和轴力等力学行为特征、变化趋势,得出了抗拔桩不但能很好的控制连续墙的变形,而且也能有效的降低底板的隆起。     

活动式导流板导流效果的数值模拟分析

为了对活动式导流板的导流效果进行深入研究,在现有研究的基础上,建立了二维流函数-涡量数值模型,研究了不同长度垂直布置的单个导流板的流速场和涡量场.结果表明:导流板上游面流速逐渐增大,板头处最大,流向也逐渐改变;导流板后出现回流,旋涡区范围随导流板占河段宽度比例的加大而加大,涡量在导流板板头处较大.     

水源地水库流场数值模拟研究

通过建立某水库二维水动力模型,用实测数据进行验证,然后对验证年的流场进行模拟分析,分别在春、夏、秋、冬四个季节选取一个特征时刻流场进行分析.结果表明:春季出库流量较大,夏季入库流量较大,所以春夏两季水库流速较大,水体流动性较好;秋、冬两季的出入库流量较小,水体流速较小,水体流动性较差.     

风琴管喷嘴喉部结构对射流流场流动结构影响的数值研究

本文提出了一种采用间歇涡环模型述射流流场的大尺度流动结构特性，并依据边界元方法优化设计风琴管等自激振荡型喷管的内流结构曲面和其喉部结构的数值实验方法，计算结果表明内流过渡曲面为椭球面而出口形状为锥面的风琴管式喷嘴喷射出的圆形射流流场具有良好的大尺度涡环结构。     

离心泵内部流场的数值模拟研究

计算流体（CFD）技术已经成功地运用于离心泵内部湍流流动的数值模拟。通过实体建模，为某型号离心泵添加固定导叶，然后运用ANSYS软件，基于标准k-ε模型，对离心泵内部流场进行数值模拟，并对添加导叶前后的压力、速度矢量图以及效率与实际的试验数据进行比较。结果发现，添加固定导叶后，出口压力明显增大，液流流动更加均匀，效率也得到大幅提升，而且与实验结果也比较吻合。研究结果进一步验证了仿真模拟的可靠性，同时也为实体泵优化和进一步提升效率研究提供理论参考。     

沉沙池立面流场数值模拟研究

采用κ ε紊流模型 ,对沉沙池立面流场进行了数值模拟。在验证模型正确的基础上 ,以大禹渡沉沙池为例 ,分析了沉沙池中水流的运动规律 ,为进一步研究泥沙在沉沙池中的运动规律提供了前提 ,最终为沉沙池的工程设计和运用管理提供科学依据。     

轴流式水轮机导流罩与叶轮尾流流场仿真研究

文中提出一种新型轴流、悬浮式潮流能水轮机结构,为提高其潮流能利用效率,采用CFD技术对水轮机外围流线型导流罩内流场与叶轮尾流场进行数值仿真研究。通过对比拟定的10种不同线型导流罩,发现收缩段和扩散段的进出口曲线前后连接点比例mx为0.3的双三次曲线导流罩内流场更加稳定、均匀。为进一步研究导流罩的聚能作用与叶轮尾流场的速度分布情况,实施了有、无导流罩工况下水轮机的数值仿真,结果显示:距离叶轮下游边缘1.25D(D为叶片直径)以内的流场域流速有显著的改变,且加装双三次曲线0.3mx=线型导流罩,水轮机较敞水工况输出功率提高约29%。相关的拖曳水池模型试验验证了数值仿真方法的有效性。     

增从高速公路跨增江大桥对河道流场影响的数值模拟研究

增从高速公路垮增江大桥受平面布置和结构技术要求限制,桥墩轴线与水流方向夹角较大.本文用数值模拟的方法对两种桥梁设计方案进行对比研究,通过绘制工程前后的水流流向变化等值线图和流速变化等值线图,分析两种设计方案对河道流场影响的差异,归纳总结出改良方案的优缺点.     

平面形状不规则高桩码头对河道流场影响的数值模拟研究

为对东江北干流中下游右岸一形状不规则桩基码头对河道流场影响进行数值模拟,本文在前人研究成果的基础上,建立平面二维数学模型模拟此码头对河道流场的影响。计算结果表明：码头建设后其局部水域流速变化较大,但对整个河道的影响并不大。     

最佳鳃片倾斜角下分离鳃内部流场的数值模拟

采用均匀试验设计理论对鳃片倾斜角α与β进行数值模拟方案的设计,通过采用Fluent软件中的欧拉模型,以鳃片3上表面的泥沙速度作为考核指标,对不同鳃片倾斜角下的分离鳃速度流场进行模拟。运用投影寻踪回归分析法(PPR)对数值计算结果进行了分析,得出鳃片β倾斜角对分离鳃水沙分离效果影响是最大的,其次是鳃片α倾斜角的影响;当鳃片倾斜角的组合为α=60°与β=45°时,分离鳃中的速度流场有利于水沙的快速分离且水沙分离效果最佳。     

低湍流度水洞的水动力学设计与流场校测

中国空气动力研究与发展中心建成了低湍流度水洞流动显示实验室,以满足边界层转捩、湍流结构与控制及旋涡与分离流结构特性等基础研究需求,同时为开展新概念、高性能飞行器布局绕流结构及复杂流场特性研究提供流动显示实验平台。为满足低湍流度、速度场均匀、流场稳定性好和流场调节过程高效等核心指标需求,该水洞的水动力学设计过程打破了常规设计理念,注重理论与经验密切结合,提出并使用了三个方面的关键技术:一是使用消能孔板保证洞体回路全程低流速,综合迭代优化收缩段剖面结构、收缩比、稳定段蜂窝器、阻尼网和拐角段的拐角导流片结构形式等关键技术降低湍流度,将收缩比控制在9.3的状态下使湍流度达到0.1%,大幅节约了建设成本;二是在试验段下游使用等直下沉段释放能量、稳定流速和抑制回波,这种动力段与试验段之间的液位差,对消除轴流泵运行带来的水激振动扰动和抑制因流场调节带来的回波扰动作用重大;三是试验段上洞壁为敞开式槽体结构,保证试验段流体液面压力稳定,速度均匀,依据水动力学及轴流泵运行理论,上洞壁敞开式槽体结构对试验段速度场的稳定性及均匀性是有益的。流场校测试验结果表明水洞流场具有湍流度低(优于0.1%)、空间速度场均匀、流速稳定、流场调节高效和使用便捷等特点,该水洞的低湍流度水动力学设计方法值得推广。