三维水流数值模拟研究进展

扼要地介绍了三维水流数值模拟研究的进展，归纳了常见的数值离散方法，给出了数值计算中常见问题的处理方法，指出了数值模拟成果可视化的必要。     

溢流坝坝面水流数值模拟及其验证

采用修正的Ｋ－ε模型封闭Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程作为紊流控制方程，引入通度概念处理不规则边界，引用ＶＯＦ法追踪自由表面，对溢流坝坝面水流进行数值模拟。模型试验验证结果表明，采用本文建立的数学模型对溢流坝水流进行数值模拟是可行的。     

深圳上埔引水口水流三维数值模拟

该文采用三维水流数学模型对深圳上埔引水口设计方案水流状况进行研究，以雷诺方程组为基础，采用刚盖假定、κ-ε紊流模式，结合相关边界条件和初始条件建立了三维数学模型，对上埔引水口的水流状况进行了模拟，给出了进水口流速分布，计算结果与物理模型试验结果吻合。     

深圳上埔引水口水流三维数值模拟

该文采用三维水流数学模型对深圳上埔引水口设计方案水流状况进行研究,以雷诺方程组为基础,采用刚盖假定、k～ε紊流模式,结合相关边界条件和初始条件建立了三维数学模型,对上埔引水口的水流状况进行了模拟,给出了进水口流速分布,计算结果与物理模型试验结果吻合.     

三维过坝水流数值模拟

三维过坝水流是一种具有自由表面的临界流动，即使在势流假设下，因其非线性强，数值求解时也会遇到较大困难，目前尚未见到有效势流解法。本文提出一种正交调和变换法，可方便地采用笔者曾提出的自由表面位移理论，同步解出待定的自由表面位置和未知能头（或流量）。算例表明，该三维过坝水流的计算方法是成功的，计算结果与试验值吻合较好。     

取水口附近水流泥沙运动的三维数值模拟

本文利用大涡模拟紊流模型，对某取水口附近的水流和悬沙结构进行了数值模型。三维环流结构和导沙建筑物和导沙效果都得以预测。部分结果与物理模型实验进行了比较，二者符合良好。     

三维紊流数值研究

本文针对复杂三维水流所具有规则边界、自由表面及各向异性，引入通度概念处理不规则计算边界，用ＶＯＦ法追踪自由表面，采用修正的ｋ－ε模型封闭Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程，分别计算了实用重力坝及其下游戽式消力池中水流流场和一个三维水跃流场。计算结果较好地与实验结果符合。     

NUMERICAL PREDICTION OF THREE DIMENSIONAL HIGHLYTURBULENT FLOW WITH FREE SURFACES

ＮＵＭＥＲＩＣＡＬＰＲＥＤＩＣＴＩＯＮＯＦＴＨＲＥＥＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬＨＩＧＨＬＹＴＵＲＢＵＬＥＮＴＦＬＯＷＷＩＴＨＦＲＥＥＳＵＲＦＡＣＥＳ￥ＭａＦｕ－ｘｉ（ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｎｃｙａｎｄＨｙｄｒ...     

THE APPLICATIONS AND STUDY OF NUMERICAL SIMULATION OF TURBULENCE FLOW WITH FREE SURFACE IN HYDRAULIC SPILL WAYS STRUCTURE

The turbulence flow Free Surface has important applications in hydraulic spillways structure,such as the hydraulic jump,energy dissipation flow etc.This is being considered as very complicated flow,and has not yet been solved quite well by numerical method. In this paper,a Large-scale computational software package are developed for numerical laboratory of hydraulic spillway structure.Some methods,such as turbulence model, free surface and irregular boundary treating techniques,scientific computer visualization are put forward and performed.     

用通度系数法数值模拟水电站岔管水流

本文在有限体积法和ＳＩＭＰＬＥ算法中，引入通度系数的概念处理计算区域的不规则边界问题，并把通度系数的概念引入Ｋ－ε紊流模型中，推导了考虑通度系数的二维有限体积法的数值离散格式。以东江水电站一级洞贫管为例，计算了岔管内的流动特性。计算结果能真实地模拟中岔管内水流的流动规律，表明用通度系数法模拟岔管内的流动特性是行之有效的。     

天然河道湍浮力流动的数值模拟Ⅰ:用隔离法实现三维复杂边界处理

作者编制了湍浮力流动的三维数学模型计算软件３ＴＢＦ。本文是作者研究成果的第一部分，主要介绍用隔离处理三维复杂边界的技术问题。     

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．     

固液两相湍流和颗粒磨损的数值模拟

基于两流体模型，建立了固液两相流中更一般的Ｋ－ε双方程湍流模型，模化了固相和液相的连续方程，动量方程及Ｋ方程和ε方程，在这些模化方程中，考虑了固液两相间的滑移，颗粒间的作用及相间作用，使用本文所建立的流模型和粒磨损模型，可 液两相湍流中的流动特性和颗粒对过流部件的磨损率，本文给出了一水轮机导叶在含沙水流中的过流特性及磨损情况的数值模拟，预测结果与实验结果比较一致。     

三维有自由表面问题的数值模拟研究

本文采用求解三维弱可压流动模型及带浮力修正的Ｋ－ε两方程湍流模型的方法，用有限差分法数值求解，研究了有密度差的污染物在复杂流场中的对流扩散规律。文中给出一种简单而有效的处理自由面边界的方法，并详细地给出一个三维弱可压的流体动力学计算方法，数值计算表明本文的方法能较好地给出自由面的变化规律、流场的非定常过程及预测了污染物的对流扩散规律。     

水电站调压室内三维湍流场数值模拟

运用计算流体动力学方法(CFD)对某抽水蓄能电站尾水调压室进行了数值模拟。计算时选用适合调压室流动特性的Realizablek-ε湍流模型,采用标准SIMPLE算法,离散格式采用一阶迎风格式。计算结果揭示了调压室内流道流场的速度及压力分布规律,并据此计算出调压室水头损失系数。将水头损失系数计算结果与水力模型试验结果进行比较,发现采用CFD方法计算得到的结果不论在变化规律上还是数值上均可达到与模型试验结果相当的精度,表明CFD方法可以应用于调压室的设计和优化中。     

三维无压渗流场的有限元算法研究

求解含自由面的三维无压渗流场属于边界不确定的非线性问题。本文首先对目前存在的各种算法进行了分析，在调整传导矩阵的基础上，提出了丢单元的有限元算法，在算例中与解析解和其他数值算法的结果进行了比较，证实了该算法的有效性，并在含排水(孔)幕的丰满大坝的渗流分析中得以应用，迭代过程收敛快，稳定性好，结论与实际情况吻合。