三维宽顶堰紊流场数值模拟及分析

本文利用三雏标准k-ε紊流数学模型,选择VOF方法追踪自由表面,采用气液两相流计算模型对宽顶堰流场进行了数值模拟,计算结果与试验数据较为吻合.模拟结果表明,数值模拟能够广泛应用于数值模拟带有复杂自由表面的泄水建筑物紊流场.     

三维宽顶堰紊流场数值模拟与分析

本文利用三维标准k-ε紊流数学模型,选择VOF方法追踪自由表面,采用气液两相流计算模型对宽项堰流场进行了数值模拟,计算结果与试验数据较为吻合.模拟结果表明,数值模拟能够广泛应用于数值模拟带有复杂自由表面的泄水建筑物紊流场.     

带有自由表面紊流流场的数值模拟

带有自由表面的三维强紊动水流在水利水电工程中，以及其他一些领域普遍存在．对该种紊流的数值模拟历来是一个十分具有挑战的领域．应用双流体模型与传统的标准κ—ε双方程紊流模型相耦合，对水垫塘中紊流流场进行了数值模拟、数值计算结果与物模测量结果具有较好的一致性。     

非线性双时间尺度紊流模型的研究与应用

在双时间尺度紊流模型的基础上，对线性涡粘性模型进行了修正，建立了封闭的非线性双时间尺度紊流模型。采用交错网格系统和有限体积法，将修正后的模型应用于具有回流的突扩流的紊流模拟中，其计算结果比采用双时间尺度紊流模型的计算结果有进一步的改进；对泄洪洞进口三维流场的数值模拟的结果与试验结果也较为吻合。     

X型宽尾墩水气两相流场的数值模拟

采用VOF方法和RNGk-ε模型对X型宽尾墩三维紊流流场进行了数值模拟,利用隐式解法提高了计算速度,捕捉到了水气两相流场并完成了对流场紊流特征的正确模拟.模拟结果表明:该模拟与实测结果吻合良好,说明采用的数值模拟技术对于自由水面的模拟能力可以满足工程实践的需要.     

翻卷水舌鼻坎挑流的紊流数值模拟

将斜鼻坎与外边墙平面转弯相结合可使挑射水舌在空中横向翻卷，扩散更为显，同时，水舌中心线与溢洪道中心线形成较大的偏角，中将此种鼻坎称为翻卷水舌挑流鼻坎．通过翻卷水舌挑流鼻坎的水流属于带有复杂自由表面的紊流流动，本采用VOF法和k-ε紊流模型进行模拟，获得了详细的三维水流结构，计算与实测的水面线吻合良好，表明将紊流数学模型用于溢洪道翻卷水舌的数值模拟是合理可行的．     

察汗乌苏溢洪道流场二维和三维数值模拟对比

为了选择较为理想的研究溢洪道水流特性的数学模型,结合察汗乌苏水电站工程实例,利用数学模拟对其溢洪道流场的水流特性分别进行了二维和三维模拟,分析其可行性和存在的问题。采用标准的k~ε紊流模型描述水流流动、VOF模型跟踪水流自由表面,得到水深、流速和压力等一系列水力要素计算值,并将他与物理模型试验数据对比验证,结果基本吻合。分析研究表明:二维模拟完全满足溢洪道挑流鼻坎段前的水力特性研究需求,如若重点关注挑流鼻坎段水力要素特性,则建议使用三维数值模拟。     

带闸墩溢流坝控泄工况二维与三维数值模拟

引入水气两相流模型,利用k-ε紊流模型模拟银盘水电站带闸墩坝面上的复杂紊流流场,采用非结构网格来处理复杂的边界形状,采用有限体积法进行迭代求解。通过二维和三维模拟计算得到坝面水流的水面线位置、坝面压力分布以及流线分布情况,并将二维和三维数值模拟结果与物理模型试验结果进行对比分析。结果表明,与二维计算结果相比,三维计算结果与物理模型试验结果吻合程度更高,特别是对进口压力与水跃发生点的模拟,三维模拟更加准确。     

小半径大底坡溢洪道弯道水流三维流场数值计算分析

水利枢纽溢洪道设计过程中常遇到陡槽弯道水流问题,复杂的弯道水流流态直接影响建筑物的布置和运行安全,对溢洪道陡槽弯道水力特性的研究具有现实和理论意义.本文采用RNGk-ε双方程模型模拟紊流,流体体积分数法(VOF)追踪自由水面,笛卡尔自适应网格与部分面积体积障碍模拟法(FAVOR)处理复杂的几何边界,成功地对小半径、大底坡溢洪道陡槽弯道流场进行了三维紊流数值模拟,得到了自由水面、断面流速大小、分布和三维流场的分布规律,结果分析表明数值模拟与物理实验结果两者吻合较好.     

电站进水口的水流数值模拟分析

采用k-ε紊流数学模型对电站进水口水流进行了三维数值模拟。模型利用有限体积法对方程进行离散,采用对压强初始值依赖性不强且收敛性较好的SIMPLER数值方法,自由表面采用VOF追踪模拟法。结果表明:计算得到的流态、流速、压强及水头损失等水力要素与物理模型试验成果吻合较好,这说明所建立的模拟大区域复杂进水口水流的方法是可靠的,可为类似工程设计、计算提供参考。     

浓度及温度场问题三维数值模拟及应用

研究温度和污染物的扩散规律,对于健康河流具有十分重要的意义。在排水口附近,温度和污染物的扩散具有很强的三维性。在已开发的三维紊流水动力模型基础上,研制了浓度及温度场三维数学模型。在模型中,空度用来处理不规则边界,VOF用来处理自由面。另外,模型还采用了k-ε紊流模型和壁面函数。利用建立的模型,对水槽和天然的排水口附近的水位、流场、紊动能及其扩散率、温度场和浓度场的分布规律等进行了模拟和研究。通过研究进一步认识了排水口局部三维水流运动规律,浓度和温度扩散规律及分布。     

2－D SIMULATION OF OPEN CHANNEL TURBULENT FLOW WITH HIGH REYNOLDS NUMBER BY EMPLOYING N－S EQUATIONS AND IEM

２－ＤＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮＯＦＯＰＥＮＣＨＡＮＮＥＬＴＵＲＢＵＬＥＮＴＦＬＯＷＷＩＴＨＨＩＧＨＲＥＹＮＯＬＤＳＮＵＭＢＥＲＢＹＥＭＰＬＯＹＩＮＧＮ－ＳＥＱＵＡＴＩＯＮＳＡＮＤＩＥＭ￥ＷａｎｇＤｉｎｇ－ｙａｎｇ；ＬｉｕＨｅ－ｄｏｎｇ（ＹａｎｇｔｚｅＲｉ...     

EXPERIMENTAL STUDIES AND NUMERICAL CALCULATION ON TURBULENT BOUNDARY LAYER OF WATER FLOW ALONG CURVED SURFACE

This paper will introduce experimental studies and numerical calculation onturbulent boundary layer of water flow along curved surface in our country in recent years.Onthe basis of the experimental studies,the effects of curvature and roughness on velocitydistribution and pressure distribution and the change of turbulent flow boundary layer onoverflow bucket concave surface is discussed.We proposed the empirical formula of velocity,pressure and the change of turbulent flow boundary layer on outlet bucket concave.According tothe momentum principle,we have deduced the momentum integral equation full water depthboundary layer and using the element as control unit inside the boundary layer on concavesurface of bucket.Combining with continuity equation,we have computed the boundary layerdevelopment on the bucket of a spillway.Compared with the field experimental data,thecalculation results are available.Under polar coordinates,a mathematical model for simulatingtime-averaged flow characteristics in concave surface of bucket is established.The turbulent flowfield on concave surface of bucket is calculated by SIMPLE method and this mathematicalmodel.The flow velocity field,pressure field,distribution of turbulent kinetic energy,distribution of turbulent energy dissipating rate and distribution of shear stress are available.Thecalculation value is consistent with measured test data.     

CD无结构网格上的三维自由水面非静水压力流动模型Ⅱ：验证

对作者建立的CD无结构、z坐标网格上的非静水压力流动模型中的若干技术细节问题进行了进一步的阐述。提出一种改进的ELM(EulerianLagangian Method)方法求解对流项;紊流模型采用GLS(Generic Length Scale)模型,并针对急流的模拟提出一种给自由水面计算添加人工耗散以增强其稳定性的方法。通过微幅波、弯道环流、丁坝绕流3个典型算例对模型进行了基准测试,计算结果与解析解或试验资料吻合良好,表明本文模型具有能准确模拟非静水压力分布的流动和环流等的能力和良好的人工边界适应性。     

SIMULATION OF SEDIMENT DEPOSITION IN A CAVITY WITH FREE SURFACE

Studies of the flow and sediment movement in a cavity with free surface were mostly limited to physical modeling experiments. In this study, the sediment movement is characterized in detail using a 3-D turbulent numerical model. To close the Reynolds equations, the standard k-ε model is employed. The VOF method is adopted to capture the time varying free surface and the porosity method is introduced to deal with the irregular boundary and the varying bed deformation. The computation results agree well with the experimental data in major aspects such as the vertical distribution of the sediment concentration and the deposition topography in the cavity. The comparisons show that this model can well predict the flow structure and the sediment movement and also the river bed deformation in a cavity.     

带自由表面后向台阶流的数值模拟研究

后向台阶流是工程领域中一类常见的流动现象,也是流体力学中复杂剪切流动的一个典型例子。针对自由表面对后向台阶流场的影响,在总结前人研究成果的基础上,本文利用VOF方法追踪自由表面,采用realizable k-ε紊流模型封闭控制方程,建立立面二维数值模型,对带自由表面后向台阶流进行了模拟研究。模拟得到4种特征雷诺数工况下,台阶后纵向流速、紊动能、耗散率、边界压力值和水面流速的沿程分布。模拟结果与原型实验观测结果吻合较好。根据模拟结果,对台阶后流场随特征雷诺数变化的规律以及自由水面对台阶后流场分布、漩涡结构和压力值的影响进行了分析讨论。     

一种模拟面板砂砾石坝漫顶溃决的动床耦合分析模型

在分析面板砂砾石坝漫顶溃决特点的基础上,建立了一种模拟面板砂砾石坝漫顶溃决过程的动床耦合分析模型。该模型采用了固液两相湍流数学模型,通过流体体积法(VOF)进行自由表面的追踪,可准确模拟水流运动。其中的泥沙启动模块考虑了漩涡水流的剪应力、底沙表面的法向向量以及泥沙水下休止角等因素的影响。求解方面采用了较为成熟的结构网格和控制体积法。水槽试验和数学模型计算验证表明,该模型能够细致、准确地模拟面板砂砾石坝溃决的整个过程,清晰刻画陡坎式漩涡水流向内淘刷的侵蚀方式,还能合理地反映面板、水流与床面变形三者之间相互作用的复杂关系,可为进一步深入研究面板砂砾石坝溃坝机理提供有利工具。     

三维动边界破开算子法不恒定流模拟研究

本文以静水压强假定下的大尺度三维水流方程为基础，对微分方程采用混合破开算子法求解，并引入了透水介质法处理动水边界、自由水面边界和床底边界，将动边界问题转化为定边界问题求解，对大尺度水体中的恒定与非恒定流动进行了成功的模拟计算。