跌坎底流消能水流再附长度的数值模拟研究

生态友好理念坝工建设趋势下,底流消能优势明显。采用消力池池首设置跌坎的底流消能工很好的解决了消力池临底流速高危害运行安全的难题。本文是在近年来多项高坝工程采用跌坎底流消能工的背景下,通过采用RNGk-ε紊流模型结合VOF方法的两相流数值模拟方法,开展了跌坎底流消能水流再附长度～跌坎高度～坎上水深～坎上流速相互关系的研究。研究结果表明,在坎高和坎上水深一定的情况下,流速的变化不影响水流的再附长度。同过研究结果的无量纲化,给出了L/d（再附长度/跌坎高度）～d/h0（跌坎高度/坎上水深）的关系。     

水轮机蜗壳内部流动的数值模拟

本文对三峡混流式水轮机组模型蜗壳和固定导叶内部的流动进行了紊流解和欧拉解的全三维数值模拟,以探求蜗壳内部的流动规律,优化蜗壳设计。文中基于 Navier-Stokes 方程的标准 k-ε紊流模型和欧拉方程模型,采用贴体坐标和交错网络系统,用 SIMPLEC 算法,对蜗壳和固定导叶内部流动的联合计算结果进行对比分析,并与实验值进行了比较。最后对流动的不均匀性进行了分析,首次提出了改进和优化蜗壳和固定导叶设计的较为可信的解决方案。     

弯曲圆形管道紊流的数值模拟

由于弯道内流态的复杂以及自由水面跟踪处理的困难,对水力要素变化较大的强三维运动弯道紊流进行精确模拟存在一定难度。本文应用VOF方法跟踪处理自由水面,利用三维RNG k-ε紊流模型模拟无压弯曲圆形管道紊流的复杂流动状况。通过模拟计算,得到了管道水流的自由水面、流速、紊动动能及紊动耗散率分布,并与试验实测结果进行对比分析,两者吻合较好。     

浅水垫消力池的数值模拟与实验研究

本文在文献[1]提出的浅水垫消力池概念基础上,用三维RNG k-ε紊流模型对浅水垫消力池的水力特性进行了数值模拟,并与模型试验进行了比较,结果显示其水流特性、水面线特征、流速与压力分布与模型试验吻合良好,并揭示了浅水垫消力池与一般消力池不同的新特性;数值计算与模型实验结果均表明,与常规消力池的水流特性、水面线特征、流速与压力分布相比,浅水垫消力池可以有效降低临底流速,比常规消力池更具改善池内水力特性和消能效果方面的优势.     

双洞式溢洪洞三维流动的数值模拟

本文采用k-ε双方程紊流数学模型,对甘肃九甸峡水电站左岸双洞式溢洪洞联合泄洪情形下从库区,进水口,溢流堰,陡坡,反弧段直至下游斜坡的全流场进行了数值模拟研究。获得了水深、流速、压力、空化数等水力要素的沿程分布规律。计算结果与模型试验的对比分析表明,数值模拟能够较好地模拟溢洪洞的泄流过程。根据研究的结果,提出了对左岸1号及2号溢洪洞进口形式和堰面体型的修改意见。     

水垫式旋转磨料射流喷嘴内流动特性的数值分析

设计了一种水垫式旋转磨料射流喷嘴,并对其内部流场流动特性进行了数值研究。采用高精度QUICK离散格式离散了雷诺平均的N_S方程和Realizablek_ε紊流模型,求解了喷嘴的内部流场,同时利用拉格朗日的方法对磨料颗粒的运动轨迹进行了追踪。该模型用同轴射流旋流燃烧室算例进行了验证,计算结果和实验值相吻合,表明适用于旋流流场的计算。喷嘴流场计算结果表明,流量比(切向与轴向入流流量之比)是决定喷嘴内流动状态的重要参数,喷嘴出口旋流数随流量比的增大而增大,并逐渐趋于一定值,磨料颗粒在喷嘴内的运动特性受流量比及磨料颗粒的粒径和密度影响较大。通过研究表明,对流量比以及磨料颗粒进行优选,能够获得破岩效果较好的旋转磨料射流,并且减少磨料颗粒对喷嘴的磨蚀,保证喷嘴的使用寿命。     

600 MW超临界旋流燃烧锅炉炉内温度场数值模拟及优化

使用可实现k-ε双方程模型,对600 MW超临界锅炉低NOx轴向旋流燃烧器(low NOx axial swirl burner,LNASB)燃烧过程进行了数值模拟,研究了二次风量及旋流强度对燃烧器热态流场、温度场分布的影响,对燃烧器拟改进方案进行了比较。数值模拟结果表明,内二次风对回流区影响较大,外二次风对扩展角影响明显,增大中心风速可以增加回流区根部距离;内二次风旋流强度及风量过大时容易引起火焰偏斜贴壁,中心风退出后燃烧器喷口处温度上升明显,中心给粉可以有效地增加火焰离喷口距离,为最佳改进方案。与试验结果进行对比,获得了比较一致的结果。通过设备改进和燃烧调整,解决了锅炉长期以来的恶性结渣问题,为LNASB燃烧器设计和运行提供了一定的防结渣理论基础。     

数值模拟对比研究微挑消力池水力特性

为研究＂微挑消力池＂水力特性,本文采用三维RNG k-ε紊流模型对其及反弧消力池、跌坎消力池、陡坡消力池进行了数值模拟,对比分析了微挑消力池的水面线、流场结构、临底流速、出池流速及时均压力、动水压力分布等的特点;研究结果表明,微挑消力池入池段＂微挑＂的体型特征,使有限的结构空间得到较充分的水体紊动,底流入池方向有利,临底流速衰减较快。     

设有掺气挑坎的台阶式溢洪道的三维数值模拟

利用引入VOF方法的RNG k-ε双方程紊流模型,对在台阶首部设置掺气挑坎的台阶式溢洪道进行了全程的三维数值模拟。通过模拟,得出计算域的水面线、速度场和压强场等水力特性,并用物理模型实测值对数值计算结果进行验证,两者吻合较好。说明采用数值模拟的方法研究台阶式溢洪道,以此得到真实的水力特性是可行的。     

不同浑水含沙量下的分离鳃内部流场三维数值模拟

为研究浑水含沙量对分离鳃的速度场及泥沙分布特性的影响,采用层流模型和欧拉粒子多相流模型,运用Phase Coupled SIMPLE(PC-SIMPLE)算法,对分离鳃内的水沙两相流流场进行了三维数值模拟。计算结果表明:浑水含沙量对分离鳃内速度分布规律没有影响,但浑水含沙量越大,分离鳃内的平均速度越大,平均含沙量亦越大;浑水含沙量越小分离鳃的水沙分离效果要好;沿分离鳃高度方向,越靠近分离鳃的上端,其水沙分离速度越快,就越容易获得清水。     

泄洪洞掺气水流的数值模拟研究

掺气减蚀段流场为水气两相流,掺气空腔后水气混掺剧烈,数值模拟难度大,尤其是临底掺气浓度,查阅的文献中计算结果普遍偏大。结合泄洪洞掺气设施对掺气水流进行数值模拟研究,通过二维流场模拟对不同的两相流模型和特征参数进行比较,总结出掺气水流的模拟方法。采用Eulerian模型对掺气水流进行三维全域流场模拟,对比分析水面线、通气量、掺气浓度等水力参数,计算结果与实测数据吻合较好,临底掺气浓度分布与实际情况相符,突破了掺气水流的模拟瓶颈,该模拟方法可为实际工程服务。     

湍球塔气体流动的数值模拟

空塔气速分布，支撑板、挡板、漩流板的压降及塔的总压降是湍球塔最基本的特性参数，反映出塔板结构的合理性及操作过程中所需消耗的能量。文中用计算流体力学软件Fluent进行湍球塔的空塔全尺寸数值模拟，与实验数据进行对比得到较好的效果，为湍球塔结构的优化设计找到一种准确、经济又快捷的方法。     

大型立式泵站簸箕型进水流道三维紊流数值模拟

针对典型的簸箕型进水流道 ,应用紊流模型对流道内部流态及水泵吸水管各断面流速分布进行了数值模拟 ,计算结果符合实际情况。数值计算揭示了簸箕型进水流道内流动规律 ,进水流道吸水管下方存在奇点 ,如相关设计参数不当易产生漩涡。根据计算分析 ,提出大型泵道簸箕型控制参数 ,对于工程设计有重要参考价值     

Experimental and numerical simulation for swirl flow in a combustor

Results of the experimental and numerical simulation for swirl flow in combustion of a lean methane-air mixture in a model combustor at atmospheric pressure are represented. The panoramic method for the flow velocity measurement and the calculation by a large eddy method were used for the investigation of the nonstationary turbulent flow. The numerical modeling for the breakdown of the vortex core of the flow and the topology of large-scale vortex structures forming in it showed the close fit to the experiment. The analysis of obtained data showed that for the case of the intensive swirl of the flow as well as in the case of the flow without combustion, dynamics of the flow with combustion was determined by the global azimuthal instability mode corresponding to the intensive precession of the vortex core. The flame had the similar characteristics of the stability and compactness in the case of stabilization by the low swirl; however, velocity pulsations in the flow corresponded to the development of only local instability modes. Thus, the other kind of vortex breakdown in the case of the low swirl, for which the central recirculation zone is lacking, is not only favorable in view of the reduction of the NO _x emission, but also remains a possibility for the effective use of the active control method for the flow and combustion. In particular, the given result may be used for the elimination of the thermoacoustic resonance in combustors.     

溢洪道出口扭曲型挑坎水流的数值模拟

采用k-ε紊流模型,VOF方法跟踪自由水面,求解三维N-S方程对三种不同出口挑坎体型的溢洪道内水流流动进行了数值计算分析,得到了出口挑坎段的水流流动参数分布,并详细计算了出坎水流的抛射形态。通过比较分析,优化挑坎体型,为工程设计提供参考。     

混流式水轮机的三维空化湍流计算

本文应用了三维混合流体完整空化湍流模型,对混流式水轮机内部流动进行了计算.采用了全三维全流道的湍流计算方法,采用基于RNG的k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,从蜗壳进口到尾水管出口,包含所有流道在内的整体一次完成模拟计算.根据得到的三维空化流场数据,对转轮内部流场进行了流场分析,求得了计算临界空化系数,和试验值进行了比较;模拟了不同空化特征下的转轮出口处的空化和尾水管中的空化情况,并和试验数据进行了比较.     

三峡水轮机的非定常湍流计算及整机压力脉动分析

本文对三峡原型混流式水轮机进行了三维非定常湍流计算，得到了水轮机的非定常流场，预测了尾水管内、转轮前、活动导叶前、固定导叶前和蜗壳进口的压力脉动。通过与模型试验结果进行比较可以看出，本文提供的计算结果能够准确预测水轮机内的压力脉动。分析结果表明，尾水管内涡带及转轮与活动导叶间的动静干扰是产生压力脉动的两个主要脉动源，并在整个水轮机流道内传播。     

全钒液流电池管道内流场模拟分析

全钒液流电池凭借其性能优点在各方面都得到了大量应用,但其在应用过程中的流场特性对其性能存在很大影响.因此提出用Fluent 6.3.26对全钒液流电池管道内流场进行分析,讨论了不同支管管径对支管电解液流量分配的影响,比较了主管入口速度、支管出口速度的理论值和模拟值的差异.结果表明,支管管径对支管电解液流量分配有着明显的影响,速度理论值和模拟值的差异较小,提出模拟方法适合用于全钒液流电池管道内流场的模拟分析.     

高流速含沙浑水体流变特性试验研究

加速行进中的洪水具有高含沙、高流速和粗粒径的特点,而针对洪水的流变特性研究关注点多为高含沙量,忽略了高流速即高剪切速率的特点。以黄河下游泥沙为研究对象,系统地研究了高流速剪切条件下含沙量、剪切模式、温度和盐度对流变特性的影响。结果表明,在高流速剪切条件下（剪切速率≥ 1200 s-1,对应线性流速为3.6 m/s）,含沙量在106.64 ~ 957.83 kg/m3范围内的浑水体符合牛顿流体的应力本构关系,不存在屈服应力,表观黏度与含沙量呈指数关系。温度降低并未改变浑水体的流变特性,但会使其表观黏度增加,且温度越低黏度增幅越大,浑水体黏度增大梯度约为等温度清水的数倍至十几倍。盐度变化对该测试浑水体的表观黏度和流变特性影响甚微,可忽略不计。本研究结果可为高流速水流挟沙和远距离输沙研究提供理论参考。