局部分层环境中的平面浮力射流

本文利用κ-ε-(?)~2湍流模型,提出了在局部分层环境中,中性浮力点前的平面湍浮力射流的数学模型。在较大的出口弗劳德数和局部分层强度范围内进行了数值计算,并导出一组参考量,分析整理计算结果。给出了射流中线流速、密度、湍动能和速度半宽沿中线的变化,也给出了射流确定后时均流速、温度和湍流传输量的分布剖面。     

静水条件下倾斜射流的Realizable k-ε和RNG k-ε数值模拟研究

进行了静水条件下倾斜射流的实验与数值模拟,分析了不同工况下倾斜射流的运动轨迹、顶点高度、横截面宽度及浓度分布情况与规律。重点验证了Realizable k-ε和RNG k-ε两个湍流模型在该问题模拟中的适用性,结果证明这两个模型都可以较准确地计算出静水条件下倾斜射流的运动与稀释情况,但前者相对后者更为精确。     

浅尾水深水平底板上表面射流水力特性的数值模拟研究

采用VOF(volume of fluid)方法追踪自由液面,辅以Realizable(可实现化)湍流模型封闭两相流时均方程,对浅尾水深水平底板上的表面射流水力特性进行了数值模拟。微分方程的离散采用有限体积法,速度与压力耦合求解使用了压力隐式算子分裂PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)算法。研究并分析了入射速度、尾水深和进口宽度等对流场流线分布、速度场及横断面最大流速沿程衰减规律等水力特性的影响。研究发现:流场内存在一个大的漩涡,入射流速越大,漩涡长度越长;横断面上水平流速和纵向流速在漩涡区和明渠流区分布规律不同;横断面最大流速沿程衰减主要受进口流速大小的影响。     

窄缝消能工水力特性的数值模拟与试验研究

本文对高拱坝深孔窄缝消能工的有压洞段及出口的压力、沿程水面线、沿程流速分布、水舌入水角度、水垫塘底板的动水压力分布等水力要素进行了研究,采用基于VOF两相流的标准k-ε双方程紊流数学模型对各水力要素进行了数值模拟,并与模型试验结果进行比较。结果表明:数值模拟结果与模型试验吻合良好,说明利用该数学模型模拟窄缝收缩段、空中射流水舌及水垫塘的水力特性是可行的。利用抛射体理论计算公式得到各种形式下水舌进入水垫塘的运动轨迹、入射角及入射流速,弥补了模型试验中无法测量空中水舌流速分布的不足,可以为工程设计及应用提供一定的参考依据。     

三种湍流模型在阶梯溢流坝数值模拟中的比较

采用standard k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε3种不同的湍流模型并结合VOF法,对阶梯溢流坝气液两相流动进行了数值模拟,将不同湍流模型所模拟的水面线、台阶速度场分布及台阶壁面压力分布与物理模型试验实测结果进行了对比分析。结果表明:RNG k-ε湍流模型能够较好地模拟阶梯溢流坝的水流特性。     

不同湍流模型的电站进/出水口数值模拟

为验证不同湍流模型对抽水蓄能电站侧式进出水口模拟的适应性,分别运用Realizable k-ε湍流模型及RNG k-ε湍流模型对某抽水蓄能电站下库侧式进/出水口水力特性进行三维数值模拟,得到了进/出水口和闸门井段、下弯段的水头损失系数及进/出水口各流道的流速分布图。与物理模型试验数据进行比较表明,这两种数值模型均可达到一定的精度,且都方便快捷,与RNG k-ε模型的模拟结果相比,Realizable k-ε湍流模型具有更高的精度。     

围压条件下射流流场的数值模拟研究

本文建立了围压条件下井底射流流场的物理模型，采用标准的k-ε双方程模型，用有限元方法对围压条件下的紊流淹没射流进行了数值计算，并对模型的系数进行了优选。研究发现，在c1=1.60时得到的流场参数和实验结果吻合良好。计算结果表明，在射流出口速度不变时，射流的轴心无因次动压衰减规律、断面内的轴向速度分布规律和径向速度分布规律不随围压的变化而变化，射流的速度分布同样具有自相似性。从而为深井钻井中水力参数优选及高压水射流破岩设计提供了依据。     

高原压力钢管内部流场模拟研究

以西藏大学农牧学院自建水电站中某根压力钢管为例,用AUTOCAD 2004建立了压力钢管三维模型,在GAMBIT软件中划分网格后,选取Realizableκ-ε湍流模型,边界条件为压力进口和速度出口,借助计算流体动力学软件FLUENT,采用对整根压力钢管在水轮机额定工况时的内部流场进行了三维数值仿真模拟,获得了内部流场压力和流速分布情况,同时对弯折处的压力和流速进行了分析。结果表明因为离心力作用使压力钢管弯折处上端压力比下端压力大。Realizableκ-ε湍流模型在对压力钢管流场模拟方面所得到的值与电厂压力表比较吻合,Realizableκ-ε湍流模型选取合适。据此得到了压力钢管在设计时应尽量采取小角度弯折连接的结论。更多还原     

竖缝位置对竖缝式鱼道水力特性的影响

为了分析竖缝位置对竖缝式鱼道池室内水力特性的影响,采用RNG k-ε湍流模型和速度-压力耦合SIMPLE算法对不同工况的鱼道进行了数值模拟。模拟结果表明:竖缝位置对主流的形态、主流流速的衰减及竖缝处流速分布影响不大;竖缝位置改变了主流区在池室内的位置,进而影响回流区的分布、大小和流场,竖缝位置距池室侧壁为池室宽度的25%~35%时,池室内水流流态较合理,能够显著提高过鱼效率。     

同流中三孔热水浮射流流速场特性的数值模拟

采用FLUENT软件中的Reynolds应力模型对同流中三孔热水浮射流在不同孔间距,不同射流温度,不同流速比情况下的速度场进行了数值模拟,得到了各种工况下速度的分布情况及衰减情况,并对数值模拟结果进行了对比分析,得到了一些有益的规律.     

泄洪洞旋流阻塞消能的数值模拟

运用标准κ-ε模型、RNGκ-ε模型、Realizableκ-ε模型、标准κ-ω模型,并结合VOF法对公伯峡水电站右岸泄洪洞的水流进行数值模拟,利用原型观测资料对计算结果进行对比验证,结果表明RNGκ-ε模型的模拟结果与原型观测资料最为接近。在此基础上,把原泄洪洞的旋流洞及其后段简化为直洞并在直洞不同位置布置阻塞,然后应用RNGκ-ε模型对其内部水流进行数值模拟,通过比较消能率、沿程压力及流场空化数分布,得出阻塞最佳布置位置,并给出最佳位置下水流的湍流特性。     

超高水头竖井旋流泄洪洞不同湍流模型数值模拟

基于VOF法,分别选取标准k-ε紊流模型、RNG k-ε紊流模型和Realizable k-ε紊流模型,对某一超高水头、大泄量竖井旋流泄洪洞的水力特性进行数值模拟,并将紊流模型计算结果与模型实验数据进行了对比分析。结果表明:3种紊流模型模拟计算所得的空腔直径、竖井壁面压强、旋流角等参数变化趋势与模型试验测试结果基本相同,但量值有所差别。相比较而言,Realizable k-ε紊流模型计算所得旋转水流的空腔直径、压坡底板与部分竖井壁面压强、旋流角在量值上更接近试验测量值。因此,Realizable k-ε紊流模型能够更好地模拟这种具有超高水头、大泄量、强旋转并带有自由液面旋转水流的水力特性。     

水力自动滚筒闸门水动力特性数值模拟

本文对水力自动滚筒闸门的水力特性进行了研究,利用RNGk-ε湍流模型对圆筒闸体绕流流场进行了模拟,并对自由水面引入了水—气两相流分层理论中的流体体积分数法(VOF)迭代求解。通过数值模拟,得到不同时刻计算域内的相体积分布、圆筒闸体附近速度场、压力场以及各工况的荷载,并与模型试验实测结果进行对比分析,两者吻合较好。说明VOF法可以在圆筒闸体绕流流场自由表面的计算中应用。     

Numerical simulation of slurry jets using mixture model

Slurry jets in a static uniform environment were simulated with a two-phase mixture model in which flow-particle interactions were considered. A standard k-ε turbulence model was chosen to close the governing equations. The computational results were in agreement with previous laboratory measurements. The characteristics of the two-phase flow field and the influences of hydraulic and geometric parameters on the distribution of the slurry jets were analyzed on the basis of the computational results. The calculated results reveal that if the initial velocity of the slurry jet is high, the jet spreads less in the radial direction. When the slurry jet is less influenced by the ambient fluid (when the Stokes number St is relatively large), the turbulent kinetic energy k and turbulent dissipation rate ε, which are relatively concentrated around the jet axis, decrease more rapidly after the slurry jet passes through the nozzle. For different values of St, the radial distributions of streamwise velocity and particle volume fraction are both self-similar and fit a Gaussian profile after the slurry jet fully develops. The decay rate of the particle velocity is lower than that of water velocity along the jet axis, and the axial distributions of the centerline particle streamwise velocity are self-similar along the jet axis. The pattern of particle dispersion depends on the Stokes number St. When St = 0.39, the particle dispersion along the radial direction is considerable, and the relative velocity is very low due to the low dynamic response time. When St = 3.08, the dispersion of particles along the radial direction is very little, and most of the particles have high relative velocities along the streamwise direction.     

淹没紊动射流三维流场特性的数值模拟

采用RNGk-ε紊流模型对有限空间的单孔、双孔紊动射流的流场进行了三维数值模拟研究。研究结果表明:无论入流条件如何变化,经无量纲处理后的轴线流速分布曲线几乎都落在同一条无量纲速度分布曲线上,说明流动存在相似性。双孔射流时,流场存在分区结构,在不同的喷嘴间距下,射流的卷吸程度不同,S/D越大,射流之间的卷吸掺混作用越弱。     

跌扩型底流消能漩涡特性的初步研究

多股跌扩型底流消能是一种新型消能方式,消力池内紊流特性复杂。基于RNG κ-ε紊流模型和VOF自由表面追踪法,采用非均匀结构网格技术,建立了三维紊流数学模型,对高低坎多股跌扩型底流消能工进行高精度数值计算。讨论了不同消能方案下游消力池内漩涡分布及变化特性,指出：跌扩型底流消能,水流紊动剧烈,各种漩涡结构交织,下游消力池底板、边墙及跌坎附近随机形成了强度和尺度各异的立轴和横轴漩涡,但漩涡具有一定的游移性和间歇性;消力池底板X=0+0.0~0+40.0范围为立轴漩涡高发区;边墙处漩涡主要分布在高程Z=4.0~16.0 m范围.     

NUMERICAL STUDY OF FLOW AND DILUTION BEHAVIOR OF RADIAL WALL JET

The radial wall jet is a flow configuration that combines the radial jet and the wall jet. This article presents a simulation of the radial wall jet by applying the transition Shear-Stress Transport (SST) model. Tanaka's experimental data are used for validation. The computed velocity profiles agree well with the experimental ones. The distributions of the velocity on cross-sections show a similarity in the main region and the profiles are different with those of the free radial jet or the wall jet, because the presence of the wall limits the expansion of the jet. By introducing the equivalent nozzle width, the maximum velocity decays and the half-width distributions are normalized, respectively. In addition to compare the flow field with experiments, this paper also analyzes the dilution effect of radial wall jets in terms of the concentration distributions. The concentrations on the wall keep constant within a certain distance from the nozzle. And the concentration distributions also show a similarity in the main region. Both the decays of the maximum concentration and the distributions of the concentration half-width fall into a single curve, respectively. The dilution effect of radial wall jets is thus verified.     

基于CFD的水电站压力前池流 态特性研究

以某水电站压力前池为研究对象,采用RNG K - s瑞流模型和运用CFD ( computational fluid dynamics)方法对压力前池的流态特性进行三维数值研究。通过对水电站全甩负荷、一台机组增负荷、两台机组依次增负荷三种典型工况下压力前池流态特性的数值分析,揭示了压力前池流态分布和水位变化特性。结果表明:在全甩负荷和增负荷工况下,压力前池内虽出现回流漩涡但进水口水流流态较好、水位波动稳定,从而为压力前池水力优化设计提供了依据。     

WEAKLY SWIRLING TURBULENT FLOW IN TURBID WATER HYDRAULIC SEPARATION DEVICE

This article deals with the characteristics of weakly swirling turbulent flow field in a Turbid Water Hydraulic Separation Device （TWHSD） through experimental and numerical researches. The flow field was measured by PIV, which provided streamlines, vortex structure, vorticity and velocity distribution in different test planes in the TWHSD. On the basis of the experimental results, the tangential and radial velocity distributions of the swirling flow field were obtained. Meanwhile, the numerical simulations were conducted with the RNG κ-ε and RSM turbulence models, respectively. According to the experimental and numerical results, the characteristics of the clear water flow field inside the TWHSD were determined. In view of simulation accuracy and time consumption, it is suggested to apply the RNG κ-ε model instead of the RSM model, which is more time consuming, to make further study on two-phases flow fields in the device.     

带掺气槽岸边溢洪道挑流消能工水力特性

采用RNGk-ε双方程紊流模型对掺气槽、差动式挑流鼻坎和预挖坑联合运行的岸边溢洪道水流流场进行研究,模拟了具有大曲率水气交界面的挑射水舌和掺气坎水流,分析讨论泄槽流态、掺气槽底板最大冲击压力和差动式挑坎压力分布,给出了挑射水舌以及预挖坑的水流结构与速度分布特性,并将计算值与实验值进行对比,两者吻合良好。研究结果表明:泄槽中4道掺气槽的设置能有效减免发生空蚀破坏,但对泄槽中水面有一定的影响;高扩散低收缩差动式挑流鼻坎与预挖坑的联合运用消能效果理想。