坝前区域3维水温数值模拟研究

为避免大型水库低温下泄对下游水生生物或灌区农作物造成不利影响,准确预测水库的坝前水温分布十分必要。为此,采用三维水温紊流数学模型,以横向平均的二维水温模型的计算结果作为三维模型的入流边界条件和初始条件,以已建成的二滩水库坝前1km范围内的水体为研究对象,进行了三维水温的数值模拟验证。将模拟计算的水温结果与实测的水温结果进行了对比分析,结果表明采用本文提出的方法能够较好地模拟坝前深水库区的水体水温分层流动和进水口前的水体流动特性。     

水温分层对水库污染物输移的影响

水库温度分层使水库水动力特性及污染物输移过程异于均温型水库.采用三维非线性RNG浮力流模型对分层水库污染物输移的典型过程进行模拟,分析了水体分层条件对污染物输移的影响,探讨了不同分层条件下污染物在不同密度流流动区域射流区、交换区、潜流区的输移扩散规律.研究结果表明,水库分层条件对污染物输移有显著影响,污染物输移的分离点水深、交换区厚度、无量纲时间参数与水库分层强度成反比.研究结果可为水库水质、水生环境管理与调度、水库应急预警方案的制定提供参考.     

热分层湍流计算机模拟的数学模型研究

以湍流标准ｋ－ε模型为基础,综合考虑代数应力模型（ＡＳＭ）及湍流热流输运方程,建立了热分层流动的热浮力湍流修正数学模型。理论及在液纳空腔内的热分层湍流计算机模拟中的应用表明,该模型在一程度上反映了由于流动过程中温度不均而导致的各向异性特征,并为解决热分层流中温度随时间变化的计算机模拟难题提供了一个较为简单,稳定的模型。     

分层水库异重流试验

采用概化模型试验对典型温度分层水库中异重流的运动特性进行研究.首次在实验室内模拟了水库水体的温度分层.试验显示:在特定条件下,在水库模型入口底部加入高锰酸钾溶液而形成的底层异重流沿库底运行一定距离后会从底坡分离,进入与其密度相同的水层后沿水平方向运行形成间层流.根据试验结果分析了温跃层平均密度梯度与分离点深度和间层流厚度的关系.     

水库垂向1维水温冰盖耦合数学模型研究

寒冷地区水库冰盖的形成对水库大坝安全、电站运行、库区水温水质结构都存在重要影响。为了探讨冰盖对水库水温的影响,基于热力学理论建立了考虑冰盖生消过程的水库垂向1维水温数学模型,实现了对冰气热交换、冰水热交换和水体中的热量输运的精确模拟,得到了室内静水实验的验证。应用结果表明,模型能较好地模拟出水库冰盖的形成、发展和消融过...     

金盆水库热分层特性及扬水曝气系统运行效果研究

基于MIKE3软件建立黑河金盆水库三维水温模型,该模型准确的模拟出了2012年水体垂向水温变化及水体热分层结构演变,平均相对误差为1.42%.针对气温、太阳短波辐射及入库流量对水体热分层结构的影响进行了系统的模拟研究.结果显示:气温、太阳短波辐射与水体热分层的稳定性呈现正相关关系,而入库流量则与其呈现显著负相关关系.引入APE水库潜在势能指数来评估金盆水库水体热分层稳定性,并应用该模型,对金盆水库水体2014年9月至11月自然分层状态下APE指数进行模拟,与同时期人工强制混合条件下实测水体APE指数进行对比分析.结果表明,扬水曝气系统的人工强制混合作用能够有效降低水体APE指数,破坏热分层结构,促进水体混合.实验结果可为扬水曝气水质改善系统的科学运行提供依据,实现系统人工诱导混合,高效节能的持续改善水质,保障供水水质安全.     

水库淤积前后水温结构的变化

水库中的泥沙淤积不仅减小了水库库容,而且对水库中的水温分布也产生了一定影响.以汾河水库为例,针对水库泥沙淤积现象较为严重的现状,对水库淤积前后的水温分布进行模拟预测.首先利用实际监测的水温数据对所建立的数学模型进行验证及参数率定,然后运用三维数学模型对2种条件下的水库水温进行了数值模拟,得出了汾河水库淤积前后的水温结构及全年下泄水温,并通过结果对比分析2种工况下水温结构发生变化的原因.结果表明:水库淤积前,夏季的水库水温分布的分层现象较淤积后更为明显,而且水温略高.这说明水库的水量和水深变化都会对水温结构产生影响,水深越浅,水温升高和降低的变化速度越快.     

锦屏Ⅰ级水电站主-支库耦合的水温及水动力特性研究

支流流量较大时,干支库水体交换复杂,互耦作用明显,为探究主-支库耦合的水库水温分层特性和汇口处水动力特征,作者采用立面2维水温数学模型对锦屏Ⅰ级主库及支库水温进行了反演。结果表明模型对锦屏Ⅰ级水库主-支库耦合的库区垂向水温结构以及下泄水温过程模拟效果良好。采用水体稳定系数分析主库及支库的分层时空变化特性,锦屏Ⅰ级主、支库库区水温总体呈稳定分层状态,主库变动回水区在6-9月垂向混合均匀,在10月一翌年2月水体分层强度均大于库区断面,库区呈现6-8月分层强度大于9月一翌年5月的规律;支库水温结构类似,但分层强度总体大于主库,纵向尺度上呈现库尾到汇口分层逐渐减弱的规律。由于小金河支流流量较大,锦屏Ⅰ级主库对支库的倒灌呈现明显季节性变化,倒灌主要发生在Fr数较小的6-7月,其分层异向流动明显,主支库水体交换显著;汛期随着支流流量增大,Fr数增大,支流由库区中上层流出,受主库倒灌影响较小;枯水期,分层异向流动弱,主库与支库之间水体交换较小;水位消落期则没有明显的倒灌。     

基于FLUENT的水库水温多维预测

为了利用商用CFD(Computational Fluid Dynamics)软件强大的前后处理功能和通用的模型以提高水库水温预测水平,通过定制FLUENT软件实现了水库水温的多维预测.先重点讨论了浮力传热湍流、水面热交换和库容变化动网格的模型和定制问题;然后用美国陆军工程师团水道试验站的水库重力下潜流实验资料验证了该预测模型的正确性并分析水库水温分层的形成机理;最后,对某实际水库水温分层结构进行预测分析,结果显示该水库水温在平水年全年均处于分层状态,建库后下泄水温全年最大温差减小,从而证明了该预测方法的有效性和实用性.     

温度分层水库中间层流运动影响因素分析

针对分层水库中存在的间层流运动现象,采用水槽试验对稳定温度分层水库的间层流运动进行了模拟,研究了入流条件和分层环境对间层流分离点位置的影响。试验中取分离点的水深和侵入分层水体间层流的厚度来表征密度流运动,分析了入流条件和分层条件的变化对间层流运动的影响;采用入流的初始浮力通量来代表试验中的入流条件,环境水体的浮力频率来代表分层条件。试验结果表明,分离深度和厚度随着浮力通量的增加而变大,随分层强度的变大而减小。研究结果能够帮助进一步了解温度分层环境中的污染物的运动,并为温度分层水库中的水质监测和水生环境管理提供参考。     

4种湍流模型对混流式水轮机压力脉动模拟的比较

采用RNGk-ε模型、Realizable k-ε模型、Transition SST模型和DES模型,在4种网格尺度下对模型混流式水轮机三维全流道非定常湍流进行模拟.在试验验证的基础上,分析各模型对水轮机压力脉动模拟的适应性,并进行网格无关性分析.分析结果表明:4种湍流模型都可以模拟出尾水管偏心涡带的形态,但尾水涡带在相位上不同,压力脉动的主频或振幅有差别;湍流模型与网格尺度不是单调线性关系,甚至相反;Transition SST模型比RNGk-ε模型、Realizable k-ε模型、DES模型对水轮机压力脉动模拟的适应性更好,在不同网格尺度下预测的压力脉动主频、振幅和试验结果更加吻合.     

气泡羽流的双流体两方程湍流模型

从双流体概念出发,结合气—液两相流的特点,建立了描述两相湍流流动两方程模型,两方程为液相湍动能（ｋ）方程和湍动能耗散率（ε）方程．通过对各时均运动方程和两方程中三阶以下湍流相关项作模型化处理,完成了两相流基本方程组的封闭,并将模型用于均匀环境中圆形气泡羽流的数值计算,初步证实了其正确有效性．     

Numerical simulation of turbulent flow in helically coiled open-channels with compound cross-sections

Turbulence structure in a helically coiled open channel flow is numerically simulated using three different turbulence models-the Launder and Ying model, the Naot and Rodi model, and the nonlinear k-ε model (SY model). Simulation results were compared with observation of (i) turbulent flows in alternating point-bar type channel bends with rectangular sections, and (ii) straight open channel flows with compound cross-sections. Based on calculations of the impact of various channel curvatures on turbulence characteristics, accuracy of the three turbulence models was analyzed with observed data as a qualitative reference. It has been found out that the Launder and Ying model and the nonlinear k-εmodel are able to predict the same general trend as measured data, and the simulation of the effect of the centrifugal force on the formation of secondary currents produces a correct pattern.     

基于RANS、LES和HRL方法的YJ280液力变矩器的数值模拟

为了提高液力变矩器的CFD计算精度,采用不同湍流模型对液力变矩器的内流场进行了数值模拟,并从内流场流动细节的捕捉精度和外特性的预测精度两方面对液力变矩器的性能进行了对比分析.结果显示:在内流场流动结构捕捉精度方面, 5种湍流模型中的LES - KET模型捕捉涡结构的能力最强; 5种湍流模型均可实现对液力变矩器外特性的准确预测,其中RANS中的SST k - ω模型的预测精度最高.该研究结果可为正确选择湍流模型进行液力变矩器的外特性和内流场的高精度预测提供参考.     

零方程湍流模型用于城市微气候的模拟研究

室外微气候环境对城镇人居环境和建筑能耗有重要影响,数值模拟技术作为快速的预测方法能有效评价社区规划的优劣。文章选用风洞实验数据对湍流涡粘度表达式进行优化,提出新的零方程湍流模型(ZeroEQ),并与两方程湍流模型(MMK)、大涡模拟(LES)和风洞实验数据进行对比分析;通过对寿安新城区零方程湍流模型的应用分析,探讨该模型应用于实际工程项目的可行性。结果表明:在同等计算机配置下,Zero-EQ模型比MMK模型快60%,是LES模型计算所需时间的1/15,能有效地预测不规则建筑群的流场分布;通过分析不同地形区域的风热环境特点,Zero-EQ模型可快速预测城镇微气候环境,为城区规划设计提供合理建议。     

圆管中聚合物减阻剂的减阻机理研究与评价

滑溜水减阻性能是影响压裂成功的关键因素之一,但其减阻机理尚未明确。通过数值模拟并结合实验研究圆管中聚合物减阻剂减阻机理,以Giesekus本构方程为基础,建立简化的计算流体模型计算湍流管道中聚丙烯酰胺四元共聚物添加剂（DR800）的减阻率。通过室内环路实验对此模型进行参数确认和验证。此模型可用来解释黏性剪切应力、雷诺剪切应力和黏弹性剪切应力等不同组分对摩阻的贡献。结果表明,随着雷诺数增加,黏弹性贡献和黏性贡献降低,而湍流贡献增加;低雷诺数下,黏性剪切应力和黏弹性剪切应力对摩阻贡献最大,而黏弹性贡献可以忽略;高雷诺数下,湍流贡献最大而黏性贡献最少。通过对比模型结果和室内实验结果以及应用现场情况可知,此模型在一定范围内可预测DR800的减阻率,并用于现场生产与指导。     

串列布置双转子海流机水动力性能预测

为了预测串列布置双转子海流机(MCT)的水动力性能,采用大涡模拟(LES)和Spalart-Allmaras(SA)单方程湍流模型对单转子海流机在设计工况下的流场进行模拟,分析单转子海流机的水动力性能,与实验结果进行对比验证.结果表明,LES大涡模拟和SA模型都能较好地预测海流机的水动力性能.采用LES方法研究串列布置双转子海流机的水动力性能,获得转子间距对海流机性能的影响规律.结果表明,对于该海流机,在5倍叶轮直径的间距内,处于下游海流机的性能受到较大影响,要保证串列布置的双转子海流机的输出性能,间距须达到30倍的叶轮直径.     

Investigation of convection cooling guide vane with conjugate heat transfer method

This paper studied a certain blade with ten radial cooling holes which employed conjugate heat transfer method. The cooling air entered the cooling channel from the bottom of the blade and went out from the top, it was not ejected into the main flow. This paper used different numerical conditions including different turbulence models,turbulence intensities,thermal conduction coefficients and the influence on fluid property via temperature variation. The temperature distribution and pressure distribution of the blade were compared with experimental data. The results show that the numerical results using different turbulence models are almost identical to experimental data even little deviation occurs at shock wave location. The trends of temperature distribution under different numerical conditions are coincident to experimental data,especially Reynolds stress turbulence model. It can be concluded that anisotropic turbulence models can simulate the transition from laminar to turbulence,and the influence of turbulence intensity on laminar region and transition region is more than that on developed turbulent region.     

基于CFD的水轮机内部流场数值模拟与分析

为预测水轮机内部的流动规律,建立水轮机二维几何模型,并对其进行结构化网格的划分,运用计算流体力学软件,采用标准 k-ε湍流模型和simple算法对粘性流场中水轮机内部复杂的流场变化进行了数值求解,获得了水轮机内部的流场分布云图,分析水轮机的流场特征,并将预测值与实验值对比,为水轮机的理论设计和性能预测提供依据。     

旋流喷嘴内部流场的数值模拟和实验研究

为了揭示旋流喷嘴内部流动机理,有效预测其外部雾化特性,采用VOF多相流模型和RNG κ-ε湍流模型对旋流喷嘴内部的气液两相流动进行了数值模拟.通过对喷嘴结构进行合理的网格划分和特殊边界条件设置,计算了喷嘴内部的速度场、压力场和空气芯的形状尺寸.分别通过激光测速仪和高速摄像仪测量出口速度、空气芯的直径和雾化半锥角,对计算结果进行了验证.结果表明,旋流喷嘴内部流动为Rankine涡结构,其雾化特性如雾化角和液膜厚度等可以通过分析出口处流场得到.